|
OCAD光學自動設計(jì)程序是一個(gè)在Windows環境下，采用全中文菜單，操作(zuò)實用性很(hěn)強的國産光學CAD軟件包。利用軟件包各級接口的下拉式菜單或工具條操作(zuò)快捷方便。OCAD光學自動設計(jì)程序主界面如圖1所示。
圖1.OCAD光學自動設計(jì)程序主界面
當前國內(nèi)外優秀的光學設計(jì)軟件很(hěn)多(duō)，但(dàn)大(dà)多(duō)數(shù)都集中在光學系統的優化和(hé)像質評價方面，但(dàn)如何确定光學系統的初始結構，在優化過程中如何随時(shí)貫徹我國有(yǒu)關光學設計(jì)标準，特别是貫徹光學零件的表面半徑标準、邊沿厚度标準以及中心厚度标準等都需要在優化過程中及時(shí)體(tǐ)現，否則在優化之後再考慮這些(xiē)勢必會(huì)影(yǐng)響優化結果。此外，在系統優化合格之後如何貫徹我國相應光學标準繪制(zhì)光學圖紙也是光學設計(jì)者的繁重工作(zuò)。為(wèi)此OCAD光學自動設計(jì)程序就是出于這些(xiē)目的編制(zhì)的适用性光學設計(jì)軟件。為(wèi)了與國內(nèi)外一些(xiē)優秀光學軟件取長補短(duǎn)，該程序設計(jì)了與其它有(yǒu)關軟件鏈接互動功能，可(kě)以實現和(hé)其它光學軟件數(shù)據共享，互相轉換，以求在整個(gè)光學設計(jì)過程中利用不同光學軟件的優勢完成光學設計(jì)工作(zuò)。OCAD還(hái)可(kě)以與Word文字處理(lǐ)軟件關聯自動把設計(jì)過程中的資料及時(shí)轉換成Word文文件格式并顯示在接口上(shàng)便于處理(lǐ)。OCAD光學自動設計(jì)程序的主要功能簡介如下。
一、 系統适應範圍
本程序不僅能計(jì)算(suàn)常用的具有(yǒu)軸對稱旋轉表面的光學系統，還(hái)可(kě)以計(jì)算(suàn)具有(yǒu)偏心和(hé)傾斜光學表面的非對稱光學系統；不僅能計(jì)算(suàn)各種定焦距光學系統，還(hái)可(kě)以計(jì)算(suàn)各種連續變焦光學系統、光學掃描系統以及變形光學系統等；
1. 能計(jì)算(suàn)各種複雜的有(yǒu)焦光學系統，以及各種無焦光學系統。對于無焦光學系統可(kě)以直接使用角像差進行(xíng)評價；
圖1-2. 各類望遠或無焦光學系統
2. 能計(jì)算(suàn)視(shì)場(chǎng)角小(xiǎo)于90°的普通(tōng)廣角鏡頭，F-θ鏡頭，還(hái)可(kě)以計(jì)算(suàn)視(shì)場(chǎng)角大(dà)于90°的超廣角的魚眼鏡頭；
圖1-3. 特廣角（魚眼）鏡頭
3. 能計(jì)算(suàn)由一系列球面或非球面或平面折（反）射光學表面組成的複雜光學系統，還(hái)能直接把各種折射棱鏡置于系統中進行(xíng)計(jì)算(suàn)；
圖1-4. 帶棱鏡反射式光學系統
4. 可(kě)以計(jì)算(suàn)各類連續變焦和(hé)斷續變焦光學系統；
圖1-5. 各類連續或斷續變焦光學系統
5. 可(kě)以計(jì)算(suàn)各類光學掃描系統；
圖1-6. 各類掃描光學系統
6. 計(jì)算(suàn)各類反射鏡和(hé)特殊表面光學系統
圖1-7. 各類反射鏡和(hé)特殊表面光學系統
7. 可(kě)以計(jì)算(suàn)各類非成像系統和(hé)變形系統；
圖1-8. 變形光學系統
圖1-9. 非成像（或照明(míng)）光學系統
8. 可(kě)以計(jì)算(suàn)系統各類成像像差及像差曲線。
圖1-10. 各類幾何像差曲線
圖1-11. 各類點列圖像差曲線
圖1-12. 各類非成像光學系統像差曲線
二、 典型系統初始結構設計(jì)功能
本程序可(kě)以自動設計(jì)作(zuò)為(wèi)光學系統基礎的各種組合膠合薄透鏡光學元件、各類典型光學系統。其中各類連續變焦系統﹑斷續變焦系統、光學掃瞄光學系統以及雙高(gāo)斯照相物鏡系統等。隻要根據設計(jì)要求就能自動設計(jì)出基礎結構參數(shù)供自動優化以至最終完成滿足設計(jì)要求的合格光學系統。
1、 各類膠合薄透鏡及組合初始結構設計(jì)
圖1-3. 自動設計(jì)各類膠合薄透鏡及組合
2、 雙高(gāo)斯照相物鏡系統初始結構設計(jì)
圖1-4. 自動設計(jì)雙高(gāo)斯照相物鏡系統
3、 各類變焦系統初始結構設計(jì)
對變焦距系統，可(kě)以在整個(gè)變焦過程中全程自動優化設計(jì)；光學結構示意圖以及各種像差曲線均以動畫(huà)式顯示，可(kě)以形象直觀地看到在整個(gè)變焦過程中系統結構和(hé)像差曲線的變化情況；對機械補償式連續變焦光學系統，對各變焦活動組運動的曲線套筒（凸輪）可(kě)以自動計(jì)算(suàn)出可(kě)直接用以加工的凸輪坐(zuò)标曲線，根據需要還(hái)可(kě)對凸輪曲線進行(xíng)優化設計(jì)。在計(jì)算(suàn)機械補償式連續變焦光學系統時(shí)，隻要變焦組運動範圍以及需計(jì)算(suàn)各變焦距的位置數(shù)即可(kě)自動完成變焦過程的全部計(jì)算(suàn)，不必輸入各變焦位置的可(kě)變間(jiān)隔數(shù)據。
本程序提供了機械補償式連續變焦光學系統的初始結構設計(jì)的功能。自動分配各變焦組元及固定組的光焦度以及其光學間(jiān)隔的自動計(jì)算(suàn)；可(kě)根據高(gāo)斯光學理(lǐ)論自動計(jì)算(suàn)各組元的P、W值，從而獲得(de)光學系統初始結構參數(shù)。在自動優化過程中，可(kě)以把各變焦位置的可(kě)控像差的算(suàn)術(shù)平均值及其均方差以及各組元光焦度同時(shí)作(zuò)為(wèi)優化目标值進行(xíng)控制(zhì)，以保證光學系統的高(gāo)斯解及系統像質的一緻性；程序可(kě)以根據變焦曲線套筒的直徑及要求的最大(dà)轉角計(jì)算(suàn)曲線套筒的曲線坐(zuò)标值，直接提供加工數(shù)據。還(hái)可(kě)以根據曲線升角要求調整曲線升角大(dà)小(xiǎo)等如圖1-5所示。
圖1-5. 自動設計(jì)及優化各類變焦系統
4、 各類掃描光學系統初始結構設計(jì)
本程序具有(yǒu)自動設計(jì)各類掃描光學系統初始結構設計(jì)功能，其中包括物方掃描和(hé)像方掃描的單反射鏡掃描、雙反射鏡掃描以及雙光楔掃描的光學系統。
圖1-13. 單反射鏡或棱鏡光學掃描系統
圖1-14. 雙反射鏡掃描光學系統
圖1-15. 雙光楔掃描光學系統
5、 菲涅爾透鏡自動設計(jì)
程序可(kě)以根據等效焦距及表面基底曲率的要求自動設計(jì)菲涅爾透鏡，如圖1-16。
圖1-16. 自動設計(jì)菲涅爾透鏡
三、 連續變焦系統凸輪曲線優化功能
在顯示可(kě)變焦距光學系統示意圖的同時(shí)，還(hái)可(kě)自動計(jì)算(suàn)并顯示連續變焦光學系統凸輪曲線。對三組元連續變焦系統，還(hái)可(kě)根據需要計(jì)算(suàn)任意點數(shù)的凸輪曲線以及曲線的坐(zuò)标值等。對非三組元連續變焦系統，還(hái)可(kě)根據系統給出的可(kě)變間(jiān)隔數(shù)據計(jì)算(suàn)指定點數(shù)的凸輪曲線以及曲線的坐(zuò)标值。
凸輪曲線的計(jì)算(suàn)和(hé)曲線顯示方法圖5-1。
圖5-3. 連續變焦光學系統凸輪曲線的計(jì)算(suàn)
對三組元連續變焦系統，前活動組被稱為(wèi)變焦組，後活動組被稱為(wèi)補償組。按照連續變焦系統的光學計(jì)算(suàn)方法，如果其中變焦組的運動位置設定，相應補償組的位置便可(kě)有(yǒu)計(jì)算(suàn)确定。在計(jì)算(suàn)其凸輪曲線時(shí)可(kě)以先給定變焦組運動軌迹求取補償組曲線，反之也可(kě)以先給定補償組運動軌迹求取變焦組曲線。在給定變焦組或補償組運動軌迹時(shí)，可(kě)以設定為(wèi)直線也可(kě)以設定為(wèi)一個(gè)三次曲線。由于過去對凸輪曲線套筒加工工藝的困難，對變焦組運動軌迹基本都采用直線的形式。但(dàn)随着凸輪加工工藝的不斷提高(gāo)以及對變焦組和(hé)補償組兩條運動曲線的優化組合的需要，兩條運動曲線均采用非線性曲線的凸輪會(huì)有(yǒu)效改善凸輪升角關系，提高(gāo)運動平滑性。當選用曲線運動軌迹時(shí)，凸輪計(jì)算(suàn)窗口變化如圖5-4，可(kě)以設計(jì)非直線運動的曲線方程系數(shù)。曲線方程為(wèi) ，其中 ﹑ 和(hé) 三個(gè)系數(shù)可(kě)在圖5-2中填入。注意在填寫這三個(gè)系數(shù)時(shí)應填寫系數(shù)的規劃值，即三個(gè)系數(shù)的和(hé)應為(wèi)“1”。
圖5-4.連續變焦光學系統凸輪曲線的計(jì)算(suàn)
此外，在計(jì)算(suàn)凸輪曲線時(shí)，考慮到活動組運動範圍的餘量，凸輪曲線兩端必須适當延長，即需要增加計(jì)算(suàn)點數(shù)。為(wèi)此在給定計(jì)算(suàn)運動曲線坐(zuò)标點數(shù)時(shí)應分别填寫“前延點數(shù)”﹑“選取坐(zuò)标點數(shù)”和(hé)“後延點數(shù)”三個(gè)數(shù)據。另外考慮機械設計(jì)時(shí)以設計(jì)了凸輪曲線套筒的直徑及曲線套筒的轉動角度範圍，在計(jì)算(suàn)凸輪曲線時(shí)還(hái)可(kě)計(jì)算(suàn)出曲線的曲線套筒的轉動角度坐(zuò)标和(hé)沿套筒的軸向坐(zuò)标以及曲線升角角度值以供參考。
經過以上(shàng)數(shù)據準備後，點擊“顯示凸輪曲線”或“顯示凸輪坐(zuò)标”即可(kě)顯示凸輪曲線或凸輪坐(zuò)标數(shù)據如圖5-5。
圖5-5. 凸輪曲線的坐(zuò)标數(shù)據
圖5-5. 凸輪曲線的曲線圖
四、 自動繪圖的功能
在光學設計(jì)任務完成之後，按标準化的要求，應該對各光學表面半徑進行(xíng)規格化處理(lǐ)。首先考慮按照 GB3158-82 光學零件球面半徑數(shù)值系列的要求，然後還(hái)可(kě)以按有(yǒu)關企業标準或現有(yǒu)樣闆庫的樣闆系列規化光學表面半徑。本軟件就具有(yǒu)此功能。
圖3 可(kě)繪制(zhì)各類光學圖紙
本軟件包有(yǒu)很(hěn)強的自動繪制(zhì)各種光學圖紙的功能。在光學系統出圖階段，可(kě)以按照标準化的要求，滿足 GB13323-91 光學制(zhì)圖以及其他一系列諸如光學零件公差配合，零件倒邊倒角的要求，繪制(zhì)光學系統圖，光學零件圖以及光學棱鏡圖等。
本軟件包還(hái)為(wèi)用戶提供了一個(gè)繪圖窗口，在其中任意繪制(zhì)各種光學方案示意圖，也可(kě)以對自動繪制(zhì)的各種光學圖紙進行(xíng)補充或添加。
五、 與其它光學設計(jì)軟件的兼容功能
本軟件包具有(yǒu)可(kě)讀取國內(nèi)外一些(xiē)著名光學軟件數(shù)據文件以及自動生(shēng)成其數(shù)據文件的功能。目前國內(nèi)外一些(xiē)著名光學軟件，各有(yǒu)所長，各具特色。為(wèi)了取長補短(duǎn)，本軟件包可(kě)以直接讀取如國外著名的 CODE Ⅴ、Zemax、OSLO 以及國內(nèi)應用面很(hěn)廣的 SOD88 等光學軟件的數(shù)據文件，同時(shí)本軟件包也具有(yǒu)可(kě)以自動生(shēng)成這些(xiē)光學軟件的數(shù)據文件的功能。這樣不僅可(kě)以擴展本軟件包和(hé)他們之間(jiān)的交流，同時(shí)還(hái)可(kě)以以本軟件包為(wèi)紐帶增強這些(xiē)軟件包之間(jiān)的交流。
圖5. 與 CODE Ⅴ 光學軟件兼容
圖6. 與 Zemax 光學軟件兼容
圖7. 與 OSLO 光學軟件兼容
由于各光學軟件的功能各有(yǒu)所長，其數(shù)據文件的內(nèi)涵也有(yǒu)所不同，因此在各不同軟件之間(jiān)數(shù)據轉換時(shí)也不可(kě)能完全轉換。本軟件包對其他軟件數(shù)據讀取或保存成其他軟件的數(shù)據文件時(shí)也隻能讀存其公共部分，各自的特殊內(nèi)容尚需在使用該程序時(shí)修改補充。
六、 與其它應用軟件鏈接使用的功能
本軟件包具有(yǒu)可(kě)與其他應用軟件鏈接使用的功能。由于光學設計(jì)軟件不僅隻進行(xíng)光學設計(jì)，還(hái)要進行(xíng)設計(jì)結果的輸出工作(zuò)，其中包括計(jì)算(suàn)數(shù)據的輸出和(hé)設計(jì)圖紙的繪制(zhì)輸出工作(zuò)。輸出設計(jì)數(shù)據往往需要經常使用的 Microsoft Word 軟件及Microsoft Excel 軟件等，設計(jì)圖紙的繪制(zhì)除本軟件可(kě)以直接繪制(zhì)各類光學圖紙外，有(yǒu)時(shí)也許要應用工程通(tōng)用的 AutoCAD 應用軟件以及 Solid Work 軟件等。為(wèi)了便于使用這些(xiē)有(yǒu)用的應用軟件，本軟件包可(kě)以把這些(xiē)好軟件鏈接在一起，操作(zuò)十分方便。圖8到圖10分别為(wèi)本軟件包直接調用被鏈接的Microsoft Word 軟件、Microsoft Excel 軟件以及 AutoCAD 軟件的屏幕界面。
圖8. 與Word軟件鏈接使用
圖9. 與AutoCAD軟件鏈接使用
圖10. 與 Excel軟件鏈接使用
七、 文字處理(lǐ)功能
本軟件包生(shēng)成的所有(yǒu)計(jì)算(suàn)結果數(shù)據，都可(kě)以存成 Word 軟件使用的 “*.DOC” 格式文件，并具有(yǒu)一定文字處理(lǐ)功能，比如字體(tǐ)及大(dà)小(xiǎo)的選擇；文字增删、複制(zhì)及粘貼；居中或前後對齊的處理(lǐ)以及字的前景色和(hé)背景色的選擇處理(lǐ)等功能如圖11所示。
圖11. 文字處理(lǐ)窗口
八、 數(shù)據庫功能
1、 玻璃材料數(shù)據資料
其中玻璃材料數(shù)據庫幾乎涵蓋了國內(nèi)外如CODE Ⅴ、Zemax、OSLO 以及 SOD88 等光學軟件具有(yǒu)的所有(yǒu)光學材料玻璃庫，其中還(hái)包括有(yǒu)色玻璃材料，所有(yǒu)玻璃庫用戶都有(yǒu)對其補充修改的功能，便于不斷擴充如圖12所示。
圖12.光學玻璃材料資料庫
2、 廠（所）标玻璃對樣闆資料
為(wèi)對光學表面半徑進行(xíng)标準化處理(lǐ)及盡量選用本企業或其他企業現有(yǒu)對樣闆資源，軟件包可(kě)以提供或自己建立對樣闆資料庫，供充分選擇。
3、 光學反射棱鏡圖庫資料
為(wèi)便于繪制(zhì)光學反射棱鏡零件圖，軟件包可(kě)自動繪制(zhì) 國标GB 7660.1～7660.3-87 所規定的所有(yǒu)反射棱鏡。
4、 典型（專利）光學系統鏡頭庫資料
軟件包在文件菜單裏為(wèi)用戶提供了一個(gè)典型鏡頭資料庫功能，此鏡頭庫是一個(gè)開(kāi)放式鏡頭資料庫，不僅收入了國內(nèi)外如CODE Ⅴ、Zemax、OSLO等光學軟件中所列各種專利鏡頭數(shù)據及其他專利鏡頭資料2500多(duō)，供設計(jì)選取和(hé)參考。還(hái)可(kě)及時(shí)記錄和(hé)存入用戶積累的光學數(shù)據資料。
為(wèi)使用方便，這些(xiē)鏡頭數(shù)據資料按不同類型光學系統記錄在資料查詢目錄中，供随時(shí)存取檢索使用如圖13所示。
圖13. 光學數(shù)據資料鏡頭庫
|
