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1、CODE V 光学设计软件简介!-CODE V是一个光学系统设 il和分析优化软件,广泛使用于照相设备、摄影机和医疗器具等,功能强大使用简单灵活。AAa t t achme n t=1 36人CODE V 是英国著名的 0ptica l Resear c h Associa t e s(ORA)公司研制的具有国际领先水平的大 型光学匸程软件。自 196 3 年起,该公司属下数十名工程技术人员已在 CODE V 程序的研制中投入 f 40 余年的心血,使其成为世界上分析功能員全、优化功能最强的光学软件,为各国政府及军方研究部门、著名 大学和各大光学公司广泛采用-一.包罗万彖的适用范困亠 CODE
2、 V可以分析优化各种非对称非常规复朵光学系统。这类系统可带有三维偏心和/或倾斜的元 件;各类持殊光学而如衍射光栅.全息或二元光学面.复朵非球仏 以及用户自己定义的面型:梯度折射率材料和阵列透镜等等 c 程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地处理屋脊棱镜.角反射镜、导光管、光纤、谐振腔等具有特殊光路的元件;而其女重结构的概念则包括 J常规变焦镜头,带有可换元件、可逆元件的系统,扫描系统利筝个物像共牠的系统。40 女年來.世界各地的用户已成功地利用 CODE V 设计研制了大虽照 相镜头、显微物镜、光谱仪器、空间光学系统.激光扫描系统.全息平显系统、红外成像系统、紫外光刻系统等等,举不胜举。近几年内
3、.CODE V 敕件又被广泛地应用于光电子和光通讯系统的设 il和分析。atta chmc nt=1 37图 i.帯有非顺序面的系统及梯度折射率元件示例“二.空前强大的自动 设汁能力小 光学设讣的第一步是要为系统确定合理的初始结构为此CODE V 提供了独有的镜头魔棒”功能,用户只需输入所要设汁的系统的使用波段.相对孔径、视场、变倍比等参数,软件即可从自带的专利库中找出对应的结构以供选择。-CODE V软件中优化 i|算的评价函数可以是系统的垂轴像差.波像差或是 用户定义的其它指标,也可以直接对指定空间频率上的传递函数值进行优化。经过改进的阻尼展小二乘优 化算法用拉格朗日乘子法提供既方便又楙确
4、的边界条件控制。除了程序木身带有大址不同的优化约束虽:供 选用外,用户还可以根抿需要灵活地定义各种新的约束虽。此外.以往的优化算法无法克服存在于光学系统 结构参址的舟度非线性解空间中的大址局部极小,故此自动设计的结果是一个与初始参数接近的像质相对 较好的结构,而不一定是全局最优设讣。为解决这一问题 QRA 公司在 C ODEV 软件中加入了强大的全局 优化功能(Global Synthe s is?)。这种被该公司严格保密的算法不仅可以跳出局部极小继续在解空间中 寻找更佳设计,而且可以在优化结束时将找到的满足设汁要求的各种完全不同的结构形式一一列出供使用者根据实际需婆选择。这是目前世界上唯一证
5、实可行并已实用化的全局优化程序.其优化能力在国际上遥 遥领先。四年一届的国际光学设讣会议是木领域影响昴大的专业技术研讨会,在 90 年代以來的近几届会 议中.组织者每次都向世界上各有关单位和专家发出一个设 il竞赛題目,而每届收到的参赛结果的前几名 都是用 COD E V 软件优化设计出來的,充分说明 CODE V 的优化功能已经成为世界幹地光学设讣专家的得力匸具。斗 attachm c nt=138 鼻图 2.全局优化结果示例三.齐全可靠的系统分析手段 CODEV 提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差.垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外,软件中还包括了五
6、级像差系数.商斯光束追迹、衍射光束传播.能址分布曲 线、部分相 T照明.偏振影响分析、透过率计算.一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。-attac hm c n t=1 3 9图 3各种像质分析结果的图形输出示例亠四.卓越超群的公差分配功能,CODE V拥有世界上报先进、最完整的公差分析子程序.可以针对均方根波像差、衍射传函.主光线畸 变或用户定义的评价撕标进行公差分配。在公差计算中可以使用像而位移、倾斜、垫悯厚度等各种补偿参 教來模拟系统装校过程中的调整。同时,提供 J 与 Zygo 或 WykoT 涉仪的接口。如果与上述干涉仪联用.可以实现对复杂光学系统的讣算机辅助实时装调。其它与系
7、统制造有关的功能包括自动对样板、国际标准 和中国国标加 1:图纸绘制.成木估算等。a 11 a c h ment=140图 4.光学系统的汁算机辅助实时装调五.独树一帜的环境因素影响 il 算宀对于空间光学系统,环境因素的影响已绝非可以忽略的因素 c CO DE V 软件的一个重要功能是可以分析 il 算压力变化、温度变化以及非均匀温度场对系统像质的影响,以便在设汁阶段对其加以控制。六.可详可简的鬼像和冷反射(Narc i ssus)分析控制系统中的鬼像是经常困扰光学设讣人员的问题,而冷反射则是带有低温接收元件的红外扫描成像系统所 特有的一种像质缺陷 c CODE V提供了基干近轴光线追迹和实
8、际光线追迹的两种不同计算方法9(http7/ 4CODE V 内包含了与光学设讣有关的各种功能子程序,如女层膜设汁、照明系统设计、变焦系统凸轮 设计、系统整体光谱响应分析等等,是一个集大成的大型光学工程软件包。亠八.随心所欲的开放式程序结构从 CODE V 软件带有一个功能强大的宏语言,叫做 Macro-PLUS?.这是一个可在软件内部使用的现代高级编程语言,用户可以用它根据需要对软件进行扩充和修改;访问程序中的各种数据;定义自己的变址、数组和函数;设 il 刍种新的运算功能:实现独特的文字和图形输 出:以至进行磁盘读写等等,从而使用户得到掖大限度的灵活性。CODE V 提供了一个不断増加的宏
9、程序 库。此外,CODE V 还可以通过 IGES 或 DXF 图形文件实现与机械 CAD 软件的接口。九.方便易学的用户界面针对不同用户的需要,CODE V 提供图形界而和指令模式两种可以同时使用的运行方式软件配有 详尽的用户指南(共三卷,其中含有大虽应用实例):方便的屏幕提示和大虽精茨的.可直接用于设 il报告的图形输出,使用非常方便。从&5 0 版起,北京理匸大学协助 OR A 公司将中国玻璃库的国标数据加入了 CODE V 软件用户可以直接调用at t achment=141从图 5.系统的三维图形和实体建模人十.灿若繁星的独有功能上述许多功能都体现 f CODE V 的鲜明特色。其中
10、大部分为其它商品化光学程序所不具备,或者说在 CO DEV 中这些功能的实现要完整、有效得筝。它们包括:帮助用户确定系统初始结构的“镜头魔棒”寻找全局最优解的全局优化算法直接针对衍射光学传递函数的优化*针对用户定义的评价函数(如祥尼克波像差系数或光纤耦合效率等)的 优化 用拉格朗日乘子法在优化中实现粘确约束控制优化中的用户定义的幹种复杂约束負attac h m c n t=1 42人图 6.偏振对点扩散函数的影响 用户定义面型带有衍射效率讣算的全息元件处理功能梯度折射率材料(包括用户定义的梯度方程)的处理功能鼻部分相 T照明下像质分析A 偏振影响分析在指定的光学表面上进行衍射光束传播计算温度和
11、乐力等环境閃素影响分析鼻扫描红外系统冷反射分析鼻级联频谱响应计嶷系统透过率(包括相对照明度)计牖对平视显示系统的双眼效果分析基于传递函数、均方根波像差或用户定义的评价抬标的公差分砂at t achment=14 34 图 7.用宏语言編写的查找镜头库和全视场畸变分析程序自动对样板功能亠变焦镜头的凸轮设计中国国标加鬧纸的自动绘制哀与干涉仪联用实现系统实时装调的功能照明系统的分析设讣筝层膜系设计精英的可直接用于设汁报告的图形输出含有表格功能的 Mac r o-PLUS 内部宏程序宀 十一国际公认的标准光学软件心CODE V 软件不但在 如欧、日木等工业化国家得到极为广泛的应用,在我国也有广大的用户群。国内许女着名光学爪位如中国 科学院长春光机所、西安光机所、成都光电所、上海技物所.以及航天、航空、兵器.船紡、电子领域的 主要光学研究所均引进了该软件,许多大型国营、外资和合资光学企业也在利用 CODE V 研制开发新产品。这些都说明CODE V 不仅是国际上的,也已成为国内光学设计的标准软件,是同行间进行各种学术交流的 最佳媒介。CODE V 牧件可在奔腾 II 代以上微机上运行,有单机和网络浮动两种使用权。
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