用CODE V设计一个数码相机镜头(3)

表面操作：缩放镜头

虽然您已经在新镜头向导中设定了您所期望的F/#，和视场角，但是您需要保证这个镜头的有效焦距

为6mm。有一个方法可以来确定这些，那就是显示一个一阶（近轴）属性的窗口。

1．选择Display->List Lens Data>First Order Data菜单，并把输出的窗口重新摆放和改变大小以便

观察。

注意在这个窗口当中的EFL值（0.9528mm）。这和我们的应用比是不对的，而缩放镜头数据是一个

常用的方法来修正这个错误。

小技巧：您可以把EFL和其它镜头的各种属性放在CODE V的工作空间最下的状态栏内。这可以让你随时监视这些属性值的变化。选择Tools->Customize 菜单进入用户定制对话框的状态栏选项卡来访

问这些功能。

2．选中LDM数据管理窗口中的表面1至像面（点中表面编号然后拖至像面）。 3．选择Edit>Scale菜单来打开一个对话框（注意表面范围是从１至像面（Image））。 4．点中标记为Scale Effective Focal Length，然后在标记为Scale Value区域输入6.0。

5．点击OK 来缩放镜头。

6．点击重新计算按钮

来更新窗口中的First Order Data。

注意现在的EFL为期望的6.0mm,近轴像高（Paraxial image Height）也变成了2.99mm和（跟期望

的3.0mm已经很接近了）。

7．现在更新镜头图片窗口如下：

新标题和开始：保存镜头

到现在为止，一直很好。但是在继续进行之前，你应该为你所有的工作成果做一个标记并保存。注意这是一个过期的专利它将要被优化而改变，您可以给镜头一个新的名字并保存以作为起始点。

v 选择Lens->System Data菜单并点选系统数据窗口中导航树中System Settings。

在系统数据窗口中可以对大部分非表面相关的数据进行察看和修改。最基本的系统数据在新镜头向导

中已经定义好了，但是您仍可以通过系统数据对话来察看和修改它们。

v 选取标题区域并把它修改成如：Dig Cam. VGA:start(您最多可以输入80个字符，但是不包括引用

或省略字符)。跳到或点在下一个区域把数据提交给CODE V的镜头数据库。

v 选择File->Save Lens As菜单并键入一个像DigCamStart.len的文件名，然后点击保存。

分析起始方案

在CODE V当中有许多分析功能，但是只需要一小部分可以确定是否符合您的规格。这些结果对优化

的设置也有导向作用（如果需要的话）。

? 一阶要求（近轴光学）（在做完焦距缩放后，详见表面操作：缩放镜头，缩放后的镜头已经有了正

确的一阶（近轴）焦距和像高） ? 畸变（场曲和/或网格畸变）

? 锐度（衍射MTF，通过分析不同物距时的MTF也可以确定焦深）

? 渐晕/照度（透过率分析）

另外，你也可以配合快速分析功能作为参考（点列图和光线像差曲线）。我们现在将解释一下分析选项。更多的信息和评价功能将在后面的章节中覆盖。这里要针对起始点做有几件事情，起始点没有完

全地符合规格要求，所以要进行可行性分析。

假设某人想最终要加工这个镜头，那么就需要实际输出。那么是不是元件太小或太大以致加工困难？在实际制作时是不是太薄或太厚？它们是不是易于装配组装？玻璃是不是实际的，贵不贵？这些都是一些基本的问题，要根据基本的镜头数据和一些知道的经验来进行比较（您可能要做一些计算或是请

教设计过或是制造过相似光学系统的人）。

还有一些技术上比较复杂的可行性分析。其中之一就是公差分析，我们将在后面介绍。这关系到如何加工制造和装配而保持其品质。另外一个就是热学分析，但不包括在此（尽管CODE V可以帮助我们

观察温度改变时其性能所发生的变化）。

快速像差曲线

观察光线像差曲线对找到光线追迹数据所引起的问题很有帮助。横向的光线像差是以同一视场点发出的特殊光线与参考乐线在像面的交点之间的距离来度量。（对于完美透镜，同一视场点出来的所有光

线都将是零）。这些都将作为以瞳孔为座标的函数。

您首先看到的是一个大的偏离，不同波长的光线是分开的（色差）。您也可以看到比较不同的曲线代表了像散与彗差还有其它的基本像差。经验可以告诉您这些像差产生的原因，暗示您如何来校正可能

要加入额外的元件或非球面。

快速像差曲线是一个单击的版本，您只需要点击上面显示的快速像差曲线工具栏（对于一般的应用，可以选择Analysis>Diagnostics>Ray Aberration Curve菜单，选项的名字为RIM，用来对准光线）。快速版本实际上是由宏来实现的并且具有自动决定比例（它也提供一个像差的文本页，是由ANA选项产生的）。注意下面的图形只显示了经过放大变摆放后的最大视场角的快速像差曲线窗口。

起始点不能显示出总的像差的符号，您只能看一下比例多少并知道哪一项比较大。在这里的自动缩放比例为0.023mm，23微米。为了比较，艾利斑的直径（对于完美是衍射的点列图的大小）是2.44*波长*F/#,对于F/3.5来说大约为0.004mm．这个镜头还没有达到衍射极限（也不是希望您能够达到），

但是它的像差是艾利斑大小的六倍．

小技巧：总是用图形工具中的放大和缩小工具来改变图形的显示比例．自动比例虽然可以使镜头看上

去比较好看，但是比例是较大的．

快速点列图

一个点列图并不是规格所需要的一部分，但是它可以快捷并容易地给出该镜头的成像质量的图片．基本地说，就是每个视场点发出许多光线通过系统，在入瞳处形成一个方形的网格．在像面上形成一个散开的光线位置的图形，每个图形代表一个视场，用颜色编码代表各波长，给出了一个理想的彩色像

差。而绘图的比例自动适合点列图的大小，所以在做任何分析时都要检查一下比例的大小。 要运行该项，单击快速点列图按钮（一般应用：Analysis>Geometrical>Spot Diagram,选项的名字叫SPOT）。对于这个镜头，所有的视场的点的大小大致相同，但是形状不同。比例条显示为.050mm，

50微米。

小技巧：系统提供的宏spotdet.seq可以在点列图上显示一个具有一定大小的方形或圆形来表现接收器或艾利斑。在选择Tools->Macro菜单下的Sample Macros/Geometrical Analysis中选取。注意您必

需输入一些需要的数据才能运行这个宏。

畸变

近轴像高是和视场角相关联的，h=f*sinθ。如果真实的像高和近轴像高不一致的话，那么就是有畸变。所以畸变是视场相关的像差，并且它经常和另外一种视场相关的像差：像散画在一起。场曲可以通过选择Analysis>Diagnostics>Field Curves菜单或是点击工具栏中的快速视场绘图按钮来显示。 畸变曲线是以视场角度为纵坐标，畸变的百分数为横坐标的。它显示了这个镜头的畸变在规格要求的

4%以内。事实上它在整个视场中小于±1%，但是它在中间视场具有带状的残留畸变。