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机械工程学院 CODEV软件及应用 作业 2015年 01月 15日 题目： CODEV软件及应用 学号： 3110303023 姓名： 岳震 班级： 光信1101 美国专利局专利号：US 8885265 您可能会从另外的人那里获得关于某个镜头的规格，根据所需的规格，您将直接对镜头数据管理器输入原始数据。接着，您将对该光学系统进行修改、分析和优化，以满足要求。另外，某个设计问题可能会从有关镜头功能的某种或某组规格开始，您需要从这些指引中确定一个起始点，进行设置、分析和优化。 我在这就介绍一下我对美国专利局专利号为US 8885265 的一款变焦相机镜头的模拟过程。您将从中学习到使用CODE V 所需的大部分基本技术。美国专利局专利号：US 8885265 普通光学玻璃或塑料元件 图像传感器 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（对角线6 毫米） 物镜 焦点 变焦，景深 750 毫米（2.5 英尺）到无限焦距 变焦，-11.49762毫米 8.84038毫米 19.55621毫米畸变 90% (中心)85% （边缘）高频，120线对/毫米70%（中心）25% （边缘）镜头数据管理电子表格 CODE V 具有多项分析特性，可对其它规格（变形、MTF、相对照度和透过率）进行评估。稍后，我们将在用到这其中的大部分特性时进行介绍，现在首先来介绍锐度。锐度通常用 MTF 来定义，它将镜头的信息成像能力量化成空间频率函数。MTF 为 1.0 时锐度最大。MTF 为 0.0 时，锐度最小（即无任何信息）。较高的空间频率代表微小的细节，并通过每毫米线数进行度量。稍后，我们将更详细地讨论 MTF 和其它评估方法。 数码相机中使用的 CCD 阵列由许多有限大小的细微单元构成，这些单元称为像素（实际上，每个单元是由三个有色像素构成，但出于设计考虑，我们认为每个单元是由单个像素构成）。规格中指出像素大小为 4.17平方微米。因此，该阵列解析的最大空间频率可通过 2 倍像素大小的倒数计算出来：1/(2*0.00417) =8.34 线毫米。使用这个 CCD 阵列，将无法分辨出任何高于此空间频率的频率（即细节更加细微）。尽管如此，光学系统实际上必须具有略微超过 CCD 截止频率的非零 MTF，因此，组合的光学检测器 MTF 将产生有用的且最高为 CCD 截止频率的对比度。这就是锐度规格部分中的小表格的含义。下面是对着镜头数据管理器输入后的原始数据预览截图提示：要查看任何显示数字的完整值，可将鼠标指针放置并保持在该值上（不要点击）。要更改界面中所有数字的显示小数位数，请选择工具 自定义菜单，并跳转到自定义对话框中的格式化单元格选项卡（在本指南中通常使用 5 位小数格式）。您不能单独格式化单元格。 对第4、10、12个面右击变化，点击工具栏镜头变焦镜头出现如下对话框，变焦位置的数量改为3，提交更改然后关闭右击d4变焦依次对d4、d10、d12输入完之后修改系统数据现在，您应该位于“ 新建镜头向导” 中的“ 光瞳” 页。从下拉列表中选择像方 F 数， 对下方的值右击变焦，依次输入变焦数据3个Fno.的值第二页波长：如下图，单击下一步按钮跳转到“ 波长” 页，并将绿光波长 (589.0) 的权重更改为 2。这将使该中心波长在后面的优化中占更主要的地位。 单击下一步按钮跳转到“ 视场” 页。把视场类型改为近轴像高，在视场 2 上右键单击，并从快捷菜单中选择插入以添加额外的视场角 感应器尺寸和有效焦距 (EFL) 将决定镜头的视场 (FOV)，它们符合无穷远物距关系：h = f tan 或像高 = EFL * tan（半 FOV） 对第4行Y高度输入计算得到的像高h，第三行0.7*h,第二行0.3*h，第一行还是0那么系统数据修改到这就全部结束了，提交更改然后关闭就行了。出来以后可显示 1 阶属性窗口检查数据输入是否正确 在 CODE V 中，我们使用术语“ 提交更改” 来描述将数据从用户界面中的输入位置（例如，电子表格单元格或对话框）传输到 CODE V 内部的镜头数据库（有时称为 CODE V“ 后台” ）的过程。通常，在您输入或单击另外的单元格、数据字段或窗口时，数据将立即提交。这一点与其它程序如 Excel 类似，不同之处在于您还可查看命令窗口中显示的相应命令。 不过，在某些情况下，在较的小电子表格的一行中输入多个数据值之后，才构建一条命令（例如，在“ 表面属性” 窗口中的孔径）。在此情况下，直到完成整个行之后，才会提交数值。 1. 选择显示 列出镜头数据 1 阶数据菜单，并调整结果窗口的大小和位置，以方便查看。 检查完毕后镜头数据管理器页面，从物面开始选中整个表格然后点击上方 编辑 默认变量这时已经可以查看镜头了。在镜头图片上，可以轻易检测到许多问题。有多种方式可以绘制镜头，包括非常灵活的“ 视图” 选项（显示 查看菜单），不过，现在我们将使用一种较为快捷的方式。在工具栏上，单击“ 快速二维标签图” 图标：可以看到 现在光线还没有聚焦然后 我们就可以开始对镜头开始优化了， 优化自动化设计最后点击下方确定绘制MTF图像MTF（“ 锐度” ）对于任何类型的相机，用户所关心的是它的质量，如锐度或分辨率等。光学设计师将这些质量与 MTF 或调制传递函数关联起来。调制本质上而言是相对对比度，值 1.0 代表理想对比度（理想的黑和白，没有中间灰度）。对于较大的特征（低空间频率），即使一个很差的镜头也将会具有很好的对比度，而对于较高的空间频率（精确的细节），像差和衍射会使亮的区域同暗的区域混在一起。如果您确定为所有视场点的全范围空间频率绘制 MTF，则可以通过非常紧凑的表格来定义镜头的锐度。 选择分析 衍射 MTF 菜单。 在 CODE V 中提供了多种分析类型，但其中只有部分可用来确定您的设计是否符合规格。这些分析结果还将引导您进行设置以便实施优化（如果需要的话）：1 阶要求（在镜头缩放后进行，缩放的镜头具有正确的 1 阶焦距和像高。）畸变（场曲和或畸变网格）锐度（衍射 MTF，通过分析不同物距时的 MTF，还可建立焦深）。渐晕照度（透射分析） 此外，您还可使用很多快速分析特性作为参考（例如点阵图和光线像差曲线等）。快速光线像差曲线 光线像差曲线，对于分析光线追迹数据以查找可能引起问题的地方非常有帮助。在像面上，垂轴光线像差是以从同一个视场点上的特定光线到主光线的距离进行度量（对于理想的镜头而言，来自同一视场点的每条追迹光线的垂轴光线像差应为零）。对均匀间距的光线（光扇）而言，这可作为光阑或光瞳中位置的函数进行绘制。 您首先寻找较大的偏离，包括对应于不同波长的曲线之间的分离（色像差）。您还可查找代表彗差、像散以及其它基本像差的明显不同的曲线。经验可以告诉您这些像差产生的原因，并建议您如何进行校正，这可能需要加入额外的元件或非球面。 “ 快速光线像差图” 只需单击即可运行，做法是单击如下所示的“ 快速光线像差图” 工具栏按钮（通常的做法为，选择分析 诊断 光线像差曲线菜单，选项名称：RIM，表示“ 边缘光线” ）。该快速版本实际上是由宏完成的，同时还执行自动缩放（此外还提供了光线像差的文本表格，这是由ANA 选项产生的）。注意，在“ 快速光线像差图” 窗口，经过放大并定位到最高的视场角度之后，显示以下图形。以下是快速OPD像差图和快速光线像差图快速点列图 点列图不是规格中的必需部分，但是它可以方便快捷地给出该镜头的成像质量图片。基本上，来自各个视场点的众多光线在系统内被追迹，并在入瞳处形成一个矩形网格。在像面上形成一个散开的光线位置图形，每个图形代表一个视场，通常使用颜色编码代表各波长，从而给出色差情况。绘制比例为自动确定，以适合点列图大小，因此在进行任何图形分析之前，必须检查比例大小。要运行该选项，单击“ 快速点阵图” 按钮（通常情况：分析 几何 点列图，选项名称为 SPOT）。对于该镜头，尽管各视场的光斑形状不同，但大小都是一样的。畸变 近轴像高和视场角存在以下关系：h = f tan 。如果真实像高与该近轴预测存在差异，则说明出现畸变。因此，畸变是一种与视场相关的像差，并且它经常与另外基于视场的像差和像散图绘制在一起。选择分析 诊断 视场曲线菜单，或在工具栏上单击“ 快速视场图” 按钮，可