CODEV軟件及應用

1、 機械工程學院 CODEV軟件及應用 作業(yè) 2015年 01月 15日 題目： CODEV軟件及應用 學號： 3110303023 姓名： 岳震 班級： 光信1101 美國專利局專利號：US 8885265 您可能會從另外的人那里獲得關于某個鏡頭的規(guī)格，根據所需的規(guī)格，您將直接對鏡頭數據管理器輸入原始數據。接著，您將對該光學系統進行修改、分析和優(yōu)化，以滿足要求。另外，某個設計問題可能會從有關鏡頭功能的某種或某組規(guī)格開始，您需要從這些指引中確定一個起始點，進行設置、分析和優(yōu)化。 我在這就介紹一下我對美國專利局專利號為US 8885265 的一款變焦相機鏡頭的模擬過程。您將從中學習到使用CODE

2、V 所需的大部分基本技術。美國專利局專利號：US 8885265 普通光學玻璃或塑料元件 圖像傳感器 分辨率 640x480有效像素 像素大小 7.4x 7.4 微米 像面大小 3.55 x 4.74毫米（對角線6 毫米） 物鏡 焦點 變焦，景深 750 毫米（2.5 英尺）到無限焦距 變焦，-11.49762毫米 8.84038毫米 19.55621毫米畸變 <10% F 數 變焦孔徑，f/3.10079 4.40642 6.76520銳度 MTF 低頻，30線對/毫米>90% (中心)>85% （邊緣）高頻，120線對/毫米>70%（中心）>25% （邊緣）鏡

3、頭數據管理電子表格 CODE V 具有多項分析特性，可對其它規(guī)格（變形、MTF、相對照度和透過率）進行評估。稍后，我們將在用到這其中的大部分特性時進行介紹，現在首先來介紹銳度。銳度通常用 MTF 來定義，它將鏡頭的信息成像能力量化成空間頻率函數。MTF 為 1.0 時銳度最大。MTF 為 0.0 時，銳度最小（即無任何信息）。較高的空間頻率代表微小的細節(jié)，并通過每毫米線數進行度量。稍后，我們將更詳細地討論 MTF 和其它評估方法。 數碼相機中使用的 CCD 陣列由許多有限大小的細微單元構成，這些單元稱為像素（實際上，每個單元是由三個有色像素構成，但出于設計考慮，我們認為每個單元是由單個像素構成

4、）。規(guī)格中指出像素大小為 4.17平方微米。因此，該陣列解析的最大空間頻率可通過 2 倍像素大小的倒數計算出來：1/(2*0.00417) =8.34 線毫米。使用這個 CCD 陣列，將無法分辨出任何高于此空間頻率的頻率（即細節(jié)更加細微）。盡管如此，光學系統實際上必須具有略微超過 CCD 截止頻率的非零 MTF，因此，組合的光學檢測器 MTF 將產生有用的且最高為 CCD 截止頻率的對比度。這就是銳度規(guī)格部分中的小表格的含義。下面是對著鏡頭數據管理器輸入后的原始數據預覽截圖提示：要查看任何顯示數字的完整值，可將鼠標指針放置并保持在該值上（不要點擊）。要更改界面中所有數字的顯示小數位數，請選擇工

5、具 > 自定義菜單，并跳轉到自定義對話框中的格式化單元格選項卡（在本指南中通常使用 5 位小數格式）。您不能單獨格式化單元格。 對第4、10、12個面右擊變化，點擊工具欄鏡頭變焦鏡頭出現如下對話框，變焦位置的數量改為3，提交更改然后關閉右擊d4變焦依次對d4、d10、d12輸入完之后修改系統數據現在，您應該位于“ 新建鏡頭向導” 中的“ 光瞳” 頁。從下拉列表中選擇像方 F 數， 對下方的值右擊變焦，依次輸入變焦數據3個Fno.的值第二頁波長：如下圖，單擊下一步按鈕跳轉到“ 波長” 頁，并將綠光波長 (589.0) 的權重更改為 2。這將使該中心波長在后面的優(yōu)化中占更主要的地位。 單擊下

6、一步按鈕跳轉到“ 視場” 頁。把視場類型改為近軸像高，在視場 2 上右鍵單擊，并從快捷菜單中選擇插入以添加額外的視場角 感應器尺寸和有效焦距 (EFL) 將決定鏡頭的視場 (FOV)，它們符合無窮遠物距關系：h = f tan 或像高 = EFL * tan（半 FOV） 對第4行Y高度輸入計算得到的像高h，第三行0.7*h,第二行0.3*h，第一行還是0那么系統數據修改到這就全部結束了，提交更改然后關閉就行了。出來以后可顯示 1 階屬性窗口檢查數據輸入是否正確 在 CODE V 中，我們使用術語“ 提交更改” 來描述將數據從用戶界面中的輸入位置（例如，電子表格單元格或對話框）傳輸到 CODE

7、 V 內部的鏡頭數據庫（有時稱為 CODE V“ 后臺” ）的過程。通常，在您輸入或單擊另外的單元格、數據字段或窗口時，數據將立即提交。這一點與其它程序如 Excel 類似，不同之處在于您還可查看命令窗口中顯示的相應命令。 不過，在某些情況下，在較的小電子表格的一行中輸入多個數據值之后，才構建一條命令（例如，在“ 表面屬性” 窗口中的孔徑）。在此情況下，直到完成整個行之后，才會提交數值。 1. 選擇顯示 > 列出鏡頭數據 > 1 階數據菜單，并調整結果窗口的大小和位置，以方便查看。 檢查完畢后鏡頭數據管理器頁面，從物面開始選中整個表格然后點擊上方 編輯> 默認變量這時已經可以

8、查看鏡頭了。在鏡頭圖片上，可以輕易檢測到許多問題。有多種方式可以繪制鏡頭，包括非常靈活的“ 視圖” 選項（顯示 > 查看菜單），不過，現在我們將使用一種較為快捷的方式。在工具欄上，單擊“ 快速二維標簽圖” 圖標：可以看到 現在光線還沒有聚焦然后 我們就可以開始對鏡頭開始優(yōu)化了， 優(yōu)化>自動化設計最后點擊下方確定繪制MTF圖像MTF（“ 銳度” ）對于任何類型的相機，用戶所關心的是它的質量，如銳度或分辨率等。光學設計師將這些質量與 MTF 或調制傳遞函數關聯起來。調制本質上而言是相對對比度，值 1.0 代表理想對比度（理想的黑和白，沒有中間灰度）。對于較大的特征（低空間頻率），即使一

9、個很差的鏡頭也將會具有很好的對比度，而對于較高的空間頻率（精確的細節(jié)），像差和衍射會使亮的區(qū)域同暗的區(qū)域混在一起。如果您確定為所有視場點的全范圍空間頻率繪制 MTF，則可以通過非常緊湊的表格來定義鏡頭的銳度。 選擇分析 > 衍射 > MTF 菜單。 在 CODE V 中提供了多種分析類型，但其中只有部分可用來確定您的設計是否符合規(guī)格。這些分析結果還將引導您進行設置以便實施優(yōu)化（如果需要的話）：1 階要求（在鏡頭縮放后進行，縮放的鏡頭具有正確的 1 階焦距和像高。）畸變（場曲和或畸變網格）銳度（衍射 MTF，通過分析不同物距時的 MTF，還可建立焦深）。漸暈照度（透射分析） 此外，您

10、還可使用很多快速分析特性作為參考（例如點陣圖和光線像差曲線等）?？焖俟饩€像差曲線 光線像差曲線，對于分析光線追跡數據以查找可能引起問題的地方非常有幫助。在像面上，垂軸光線像差是以從同一個視場點上的特定光線到主光線的距離進行度量（對于理想的鏡頭而言，來自同一視場點的每條追跡光線的垂軸光線像差應為零）。對均勻間距的光線（光扇）而言，這可作為光闌或光瞳中位置的函數進行繪制。 您首先尋找較大的偏離，包括對應于不同波長的曲線之間的分離（色像差）。您還可查找代表彗差、像散以及其它基本像差的明顯不同的曲線。經驗可以告訴您這些像差產生的原因，并建議您如何進行校正，這可能需要加入額外的元件或非球面。 “ 快速光

11、線像差圖” 只需單擊即可運行，做法是單擊如下所示的“ 快速光線像差圖” 工具欄按鈕（通常的做法為，選擇分析 > 診斷 > 光線像差曲線菜單，選項名稱：RIM，表示“ 邊緣光線” ）。該快速版本實際上是由宏完成的，同時還執(zhí)行自動縮放（此外還提供了光線像差的文本表格，這是由ANA 選項產生的）。注意，在“ 快速光線像差圖” 窗口，經過放大并定位到最高的視場角度之后，顯示以下圖形。以下是快速OPD像差圖和快速光線像差圖快速點列圖 點列圖不是規(guī)格中的必需部分，但是它可以方便快捷地給出該鏡頭的成像質量圖片。基本上，來自各個視場點的眾多光線在系統內被追跡，并在入瞳處形成一個矩形網格。在像面上形

12、成一個散開的光線位置圖形，每個圖形代表一個視場，通常使用顏色編碼代表各波長，從而給出色差情況。繪制比例為自動確定，以適合點列圖大小，因此在進行任何圖形分析之前，必須檢查比例大小。要運行該選項，單擊“ 快速點陣圖” 按鈕（通常情況：分析 > 幾何 > 點列圖，選項名稱為 SPOT）。對于該鏡頭，盡管各視場的光斑形狀不同，但大小都是一樣的。畸變 近軸像高和視場角存在以下關系：h = f tan 。如果真實像高與該近軸預測存在差異，則說明出現畸變。因此，畸變是一種與視場相關的像差，并且它經常與另外基于視場的像差和像散圖繪制在一起。選擇分析 > 診斷 > 視場曲線菜單，或在工具欄上單擊“ 快速視場圖” 按