用CODE V设计一个数码相机镜头

用CODE V设计一个数码相机镜头

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1用CODE V设计一个数码相机镜头

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2.1一个简单的数码相机镜头

2.2设计规格

2.3定焦数码VGA相机物镜规格

3新镜头向导

3.1开始一个新镜头

3.2专利数据库

3.3定义系统数据

4操作表面

4.1镜头数据管理表格

4.2表面的细节

4.3改变并提交数据

4.4画图

4.5表面操作：缩放镜头

4.67．现在更新镜头图片窗口如下：

4.7新标题和开始：保存镜头

5分析起始方案

5.1快速像差曲线

5.2快速点列图

5.3畸变

5.4MTF（锐度）

5.5渐晕与照明

5.6可行性分析

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6总结

7关于优化

7.1目的

7.2方法规则

7.3默认

7.4AUTO过程

7.5局部VS.全局

8游戏规则

9变量

9.1定义变量

9.2使用LDM

9.3虚拟玻璃

10自动设计设置

10.1一般性约束

10.1.1一般厚度约束

10.1.2玻璃图约束

10.2特殊约束

10.3输出控制

10.4误差函数定义和控制

10.5保存您的设置并执行优化

11理解自动设计的输出

11.1误差函数

11.2AUTO输出的标题

11.3AUTO的每次循环的输出

11.4约束贡献

12分析结果并修改权重

13最后的优化是注意事项

14关于真实玻璃

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15关于焦深

用CODE V设计一个数码相机镜头

Doffery 2003-11-24

一个简单的数码相机镜头

数码相机现在已经很普通，最近的百万像素典范有高解析度的CCD阵列和光电子学。但是不要担心，那些都不是您用CODE V的第一任务。相反，你将设计一个还算简单的定焦的数码相机物镜。这仍需要一些光学设计，但是它是一个相对简单的题目，一个两片或三片居中的玻璃或是塑胶折射镜头组件。

这里是你将在本章所学的：

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说明一个简单镜头的一般设计规格 利用这些信息来确定一个起始点

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修改起始点来达到设计要求

做一个简单的分析，和规格进行比较确定一个优化指导性方向 在下一节您将利用本节所得到的结果作为起始点来：

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优化镜头

确定设计中的问题，发掘潜力

设计规格

有时您会接到某人关于一个镜头的规格而且您需要输入到CODE V中，分析它，可能需要优化它。这些都是直截了当的。另外，一个设计问题可能开始于一个规格，或一些说明信息，怎样完成镜头，形

成一个指导性的思想，你必需找到一个起始点，建立它，分析它并优化它。

对于这个数码相机镜头，规格是来自于CODE V的消费者产品。问题是：“如果你想做一个低价位，

定焦的VGA数码相机，你将怎样描述它？”

定焦数码VGA相机物镜规格 少数元件（1-3）普通光学玻璃或塑料

解析度 像素大小 像面大小 640X480有效像素 7.4X7.4microns 4.74X3.55mm2(对角线6mm) 图像传感器（基线是Agilent FDCS-2020）

物镜 定焦，景深 焦点 焦距 几何畸变 F/# 锐度 MTF离焦范围（中心区域为CCD内3mm） 渐晕 透过率 IR滤光片 0.75M~Infinity 定焦，6mm <4% 定孔径，F/3.5 低频，17LP/mm (中心)>85%边缘高频，51LP/mm >中心)，>25%(边缘) 角落相对照度>60% 单镜片>80% 400~700nm 1mm厚肖特IR-638或HOYA的CM500 以上规格的意义

首先，这些意味着它将是一个比较小的镜头系统，传感器的大小和焦距的大小均为6mm（大约1/4英寸）。传感器的大小和有效焦距的大小就决定了视场角的大小（FOV），根据无穷远物距关系：h = f tan θ或像高=EFL*tan(semi-FOV)

在这个案子中，像高为3mm(为传感器对角线的一半)，并且EFL=6mm，所以可以解出Semi-FOV为

26.5°，假设你想用少量的组件，这就是所有的起始点所需要的信息。

CODE V拥有分析组件允许对其它规格进行评价（畸变、MTF、相对照度、透过率）。我们将在稍后介绍这些功能，当它们需要时，但是认为锐度是一瞬间的。锐度通常用MTF来表示，它将镜头对空间频率的成像量化成函数。最大的锐度用MTF表示则其值为1.0。最小锐度出现时，其MTF为0。高的空间频率代表了细节用每毫米有多少线对来度量。我们将在稍后对MTF和其它的评价方法作更进

一步的讨论。

一个数码相机中使用的CCD阵列是由许多很小的但是大小有限的单元构成的，这些单元称之为像素（每个单元实际上是由三个有色像素构成，但是出于设计考虑，我们认为每个单元是由一个像素构成的）。规格上指出像素的大小为7.4mm2,则阵列的最大的空间频率可以由２倍的像素大小的倒数来计算出来，1/（2*0.0074）=67.6LP/mm。用这块CCD阵列，则任何比这个高的空间频率将不能分辨。不管这些，光学系统在CCD的截止频率时MTF不能为零。这就使合成的MTF与CCD的截止频率形

成对应关系。这就是前面提到的锐度的意义。

新镜头向导

开始一个新镜头

新镜头向导是一个从已存在的设计（例子，专利，或是您自己保存的最爱镜头）建立新光学系统模型或是从草图开始。它帮助您寻找适合的起始点并定义相应的您所需要的规格的参数（如孔径大小，视

场，波长等）。运行CODE V并使用新镜头向导：

选择File->New菜单． 点击欢迎屏幕中的Next按钮． 选择Patent Lens 并按Next按钮．

专利数据库

在用于演示ＣＯＤＥ Ｖ30个例子镜头外，CODE V 还包含一个拥有2400个过期专利的镜头数据库（主要是用于各种不同系统的轴对称的光学系统）。您可以用新镜头向导或是专利搜索功能来访问和搜索这个数据库，并可以使用过滤器指定您所需要的各种属性。在下面的过程中当中，您将继续使用

新镜头向导来选择一个专利镜头：

1．在新镜头向导中点击过滤器（FILTER）按钮。

在过滤器对话框出现，它可以缩小您的搜索起始点的范围。在这个数码相机案例中，您需要一个相对比较快的（小的）Ｆ／＃和一个相对比较大的视场角（26.5为半视场角，它对应3mm的CCD阵列的半对角线高度）。您也需要它比较经济，所以它的元件数不能超过3。您可以在过滤器中填入这些条件开始搜索。适当地扩大范围是一个很好的想法，因为您经常需要进行一些细微的修改和优化以达

到您所需要的规格。如果您使搜索的范围太过狭窄，那么您将错过一些有潜力的设计。