CODEV軟件及應(yīng)用

1、 機(jī)械工程學(xué)院 CODEV軟件及應(yīng)用 作業(yè) 2015年 01月 15日 題目： CODEV軟件及應(yīng)用 學(xué)號(hào)： 3110303023 姓名： 岳震 班級(jí)： 光信1101 美國專利局專利號(hào)：US 8885265 您可能會(huì)從另外的人那里獲得關(guān)于某個(gè)鏡頭的規(guī)格，根據(jù)所需的規(guī)格，您將直接對(duì)鏡頭數(shù)據(jù)管理器輸入原始數(shù)據(jù)。接著，您將對(duì)該光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行修改、分析和優(yōu)化，以滿足要求。另外，某個(gè)設(shè)計(jì)問題可能會(huì)從有關(guān)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(gè)起始點(diǎn)，進(jìn)行設(shè)置、分析和優(yōu)化。 我在這就介紹一下我對(duì)美國專利局專利號(hào)為US 8885265 的一款變焦相機(jī)鏡頭的模擬過程。您將從中學(xué)習(xí)到使用CODE

2、V 所需的大部分基本技術(shù)。美國專利局專利號(hào)：US 8885265 普通光學(xué)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(duì)角線6 毫米） 物鏡 焦點(diǎn) 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(shù) 變焦孔徑，f/3.10079 4.40642 6.76520銳度 MTF 低頻，30線對(duì)/毫米>90% (中心)>85% （邊緣）高頻，120線對(duì)/毫米>70%（中心）>25% （邊緣）鏡

3、頭數(shù)據(jù)管理電子表格 CODE V 具有多項(xiàng)分析特性，可對(duì)其它規(guī)格（變形、MTF、相對(duì)照度和透過率）進(jìn)行評(píng)估。稍后，我們將在用到這其中的大部分特性時(shí)進(jìn)行介紹，現(xiàn)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(shù)。MTF 為 1.0 時(shí)銳度最大。MTF 為 0.0 時(shí)，銳度最?。礋o任何信息）。較高的空間頻率代表微小的細(xì)節(jié)，并通過每毫米線數(shù)進(jìn)行度量。稍后，我們將更詳細(xì)地討論 MTF 和其它評(píng)估方法。 數(shù)碼相機(jī)中使用的 CCD 陣列由許多有限大小的細(xì)微單元構(gòu)成，這些單元稱為像素（實(shí)際上，每個(gè)單元是由三個(gè)有色像素構(gòu)成，但出于設(shè)計(jì)考慮，我們認(rèn)為每個(gè)單元是由單個(gè)像素構(gòu)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(shù)計(jì)算出來：1/(2*0.00417) =8.34 線毫米。使用這個(gè) CCD 陣列，將無法分辨出任何高于此空間頻率的頻率（即細(xì)節(jié)更加細(xì)微）。盡管如此，光學(xué)系統(tǒng)實(shí)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(xué)檢測(cè)器 MTF 將產(chǎn)生有用的且最高為 CCD 截止頻率的對(duì)比度。這就是銳度規(guī)格部分中的小表格的含義。下面是對(duì)著鏡頭數(shù)據(jù)管理器輸入后的原始數(shù)據(jù)預(yù)覽截圖提示：要查看任何顯示數(shù)字的完整值，可將鼠標(biāo)指針放置并保持在該值上（不要點(diǎn)擊）。要更改界面中所有數(shù)字的顯示小數(shù)位數(shù)，請(qǐng)選擇工

5、具 > 自定義菜單，并跳轉(zhuǎn)到自定義對(duì)話框中的格式化單元格選項(xiàng)卡（在本指南中通常使用 5 位小數(shù)格式）。您不能單獨(dú)格式化單元格。 對(duì)第4、10、12個(gè)面右擊變化，點(diǎn)擊工具欄鏡頭變焦鏡頭出現(xiàn)如下對(duì)話框，變焦位置的數(shù)量改為3，提交更改然后關(guān)閉右擊d4變焦依次對(duì)d4、d10、d12輸入完之后修改系統(tǒng)數(shù)據(jù)現(xiàn)在，您應(yīng)該位于“ 新建鏡頭向?qū)А?中的“ 光瞳” 頁。從下拉列表中選擇像方 F 數(shù)， 對(duì)下方的值右擊變焦，依次輸入變焦數(shù)據(jù)3個(gè)Fno.的值第二頁波長：如下圖，單擊下一步按鈕跳轉(zhuǎn)到“ 波長” 頁，并將綠光波長 (589.0) 的權(quán)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(zhuǎn)到“ 視場(chǎng)” 頁。把視場(chǎng)類型改為近軸像高，在視場(chǎng) 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(chǎng)角 感應(yīng)器尺寸和有效焦距 (EFL) 將決定鏡頭的視場(chǎng) (FOV)，它們符合無窮遠(yuǎn)物距關(guān)系：h = f tan 或像高 = EFL * tan（半 FOV） 對(duì)第4行Y高度輸入計(jì)算得到的像高h(yuǎn)，第三行0.7*h,第二行0.3*h，第一行還是0那么系統(tǒng)數(shù)據(jù)修改到這就全部結(jié)束了，提交更改然后關(guān)閉就行了。出來以后可顯示 1 階屬性窗口檢查數(shù)據(jù)輸入是否正確 在 CODE V 中，我們使用術(shù)語“ 提交更改” 來描述將數(shù)據(jù)從用戶界面中的輸入位置（例如，電子表格單元格或?qū)υ捒颍﹤鬏數(shù)?CODE

7、 V 內(nèi)部的鏡頭數(shù)據(jù)庫（有時(shí)稱為 CODE V“ 后臺(tái)” ）的過程。通常，在您輸入或單擊另外的單元格、數(shù)據(jù)字段或窗口時(shí)，數(shù)據(jù)將立即提交。這一點(diǎn)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(yīng)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(gè)數(shù)據(jù)值之后，才構(gòu)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(gè)行之后，才會(huì)提交數(shù)值。 1. 選擇顯示 > 列出鏡頭數(shù)據(jù) > 1 階數(shù)據(jù)菜單，并調(diào)整結(jié)果窗口的大小和位置，以方便查看。 檢查完畢后鏡頭數(shù)據(jù)管理器頁面，從物面開始選中整個(gè)表格然后點(diǎn)擊上方 編輯> 默認(rèn)變量這時(shí)已經(jīng)可以

8、查看鏡頭了。在鏡頭圖片上，可以輕易檢測(cè)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(xiàng)（顯示 > 查看菜單），不過，現(xiàn)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(biāo)簽圖” 圖標(biāo)：可以看到 現(xiàn)在光線還沒有聚焦然后 我們就可以開始對(duì)鏡頭開始優(yōu)化了， 優(yōu)化>自動(dòng)化設(shè)計(jì)最后點(diǎn)擊下方確定繪制MTF圖像MTF（“ 銳度” ）對(duì)于任何類型的相機(jī)，用戶所關(guān)心的是它的質(zhì)量，如銳度或分辨率等。光學(xué)設(shè)計(jì)師將這些質(zhì)量與 MTF 或調(diào)制傳遞函數(shù)關(guān)聯(lián)起來。調(diào)制本質(zhì)上而言是相對(duì)對(duì)比度，值 1.0 代表理想對(duì)比度（理想的黑和白，沒有中間灰度）。對(duì)于較大的特征（低空間頻率），即使一

9、個(gè)很差的鏡頭也將會(huì)具有很好的對(duì)比度，而對(duì)于較高的空間頻率（精確的細(xì)節(jié)），像差和衍射會(huì)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(chǎng)點(diǎn)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(shè)計(jì)是否符合規(guī)格。這些分析結(jié)果還將引導(dǎo)您進(jìn)行設(shè)置以便實(shí)施優(yōu)化（如果需要的話）：1 階要求（在鏡頭縮放后進(jìn)行，縮放的鏡頭具有正確的 1 階焦距和像高。）畸變（場(chǎng)曲和或畸變網(wǎng)格）銳度（衍射 MTF，通過分析不同物距時(shí)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(diǎn)陣圖和光線像差曲線等）?？焖俟饩€像差曲線 光線像差曲線，對(duì)于分析光線追跡數(shù)據(jù)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(gè)視場(chǎng)點(diǎn)上的特定光線到主光線的距離進(jìn)行度量（對(duì)于理想的鏡頭而言，來自同一視場(chǎng)點(diǎn)的每條追跡光線的垂軸光線像差應(yīng)為零）。對(duì)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(shù)進(jìn)行繪制。 您首先尋找較大的偏離，包括對(duì)應(yīng)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(jīng)驗(yàn)可以告訴您這些像差產(chǎn)生的原因，并建議您如何進(jìn)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(yùn)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(xiàng)名稱：RIM，表示“ 邊緣光線” ）。該快速版本實(shí)際上是由宏完成的，同時(shí)還執(zhí)行自動(dòng)縮放（此外還提供了光線像差的文本表格，這是由ANA 選項(xiàng)產(chǎn)生的）。注意，在“ 快速光線像差圖” 窗口，經(jīng)過放大并定位到最高的視場(chǎng)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(diǎn)列圖 點(diǎn)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(zhì)量圖片。基本上，來自各個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)的眾多光線在系統(tǒng)內(nèi)被追跡，并在入瞳處形成一個(gè)矩形網(wǎng)格。在像面上形

12、成一個(gè)散開的光線位置圖形，每個(gè)圖形代表一個(gè)視場(chǎng)，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(dòng)確定，以適合點(diǎn)列圖大小，因此在進(jìn)行任何圖形分析之前，必須檢查比例大小。要運(yùn)行該選項(xiàng)，單擊“ 快速點(diǎn)陣圖” 按鈕（通常情況：分析 > 幾何 > 點(diǎn)列圖，選項(xiàng)名稱為 SPOT）。對(duì)于該鏡頭，盡管各視場(chǎng)的光斑形狀不同，但大小都是一樣的?；?近軸像高和視場(chǎng)角存在以下關(guān)系：h = f tan 。如果真實(shí)像高與該近軸預(yù)測(cè)存在差異，則說明出現(xiàn)畸變。因此，畸變是一種與視場(chǎng)相關(guān)的像差，并且它經(jīng)常與另外基于視場(chǎng)的像差和像散圖繪制在一起。選擇分析 > 診斷 > 視場(chǎng)曲線菜單，或在工具欄上單擊“ 快速視場(chǎng)圖” 按