國產(chǎn)光學(xué)設(shè)計軟件OCAD簡介
OCAD光學(xué)設(shè)計軟件包是一個在Windows環(huán)境下,采用全中文菜單,操作實用性很強的國產(chǎn)光學(xué)CAD軟件包。利用軟件包各級界面的下拉式菜單或工具條操作快捷方便。當(dāng)前國內(nèi)外優(yōu)秀的光學(xué)設(shè)計軟件很多,但大多數(shù)都集中在光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化和像質(zhì)評價方面,但如何確定光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu),早優(yōu)化過程中如何隨時貫徹我國有關(guān)光學(xué)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),特別是貫徹光學(xué)零件的表面半徑標(biāo)準(zhǔn)、邊沿厚度標(biāo)準(zhǔn)以及中心厚度標(biāo)準(zhǔn)等都需要在優(yōu)化過程中及時體現(xiàn),否則在優(yōu)化之后再考慮這些勢必會影響優(yōu)化結(jié)果。此外,在系統(tǒng)優(yōu)化合格之后如何貫徹我國相應(yīng)光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)繪制光學(xué)圖紙也是光學(xué)設(shè)計者的繁重工作。為此OCAD光學(xué)設(shè)計軟件包就是出于這些目的編制的適用性光學(xué)設(shè)計軟件。為了與國內(nèi)外一些優(yōu)秀光學(xué)軟件取長補短,軟件包設(shè)計了與其他有關(guān)軟件連鎖互動功能,可以實現(xiàn)和其他光學(xué)軟件數(shù)據(jù)共享,互相轉(zhuǎn)換,以求在整個光學(xué)設(shè)計過程中利用不同光學(xué)軟件的優(yōu)勢完成光學(xué)設(shè)計工作。OCAD還可以與Word文字處理軟件關(guān)聯(lián)自動把設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)及時轉(zhuǎn)換成Word文檔格式并顯示在界面上便于處理。OCAD光學(xué)設(shè)計軟件包的主要功能簡介如下。 一、系統(tǒng)適應(yīng)范圍 本軟件包不僅能計算常用的具有軸對稱旋轉(zhuǎn)表面的光學(xué)系統(tǒng),還可以計算具有偏心和傾斜光學(xué)表面的非對稱光學(xué)系統(tǒng)。不僅能計算各種定焦距光學(xué)系統(tǒng),還可以計算各種連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng);不僅能計算各種有明確焦平面的有焦光學(xué)系統(tǒng),還能計算系統(tǒng)像平面在無窮遠(yuǎn)的無焦光學(xué)系統(tǒng);不僅能計算視場角小于90°的普通廣角鏡頭,F(xiàn)-θ鏡頭,還可以計算視場角大于90°的超廣角的魚眼鏡頭;不僅能計算由一系列球面或非球面或平面折(反)射光學(xué)表面組成的光學(xué)系統(tǒng),還能直接把各種折射棱鏡置于系統(tǒng)中進行計算。 本軟件包不僅可以通過計算光學(xué)系統(tǒng)的各種幾何像差,高斯光學(xué)初級像差系數(shù)計算,還可以計算光學(xué)系統(tǒng)的點列圖能量分布、像差靈敏度等對光學(xué)系統(tǒng)進行評價和分析,還可以對系統(tǒng)的成像質(zhì)量進行優(yōu)化,還可以計算和優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)的允許公差值。 二、 變焦系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計功能 本軟件包可以計算各類連續(xù)或斷續(xù)變焦距光學(xué)系統(tǒng)。其中包括光學(xué)補償式連續(xù)變焦﹑機械補償式連續(xù)變焦﹑打入打出式斷續(xù)變焦以及反射鏡掃瞄式連續(xù)變焦等光學(xué)系統(tǒng)。 對變焦距系統(tǒng),可以在整個變焦過程中全程自動優(yōu)化設(shè)計;光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖以及各種像差曲線均以動畫式顯示,可以形象直觀地看到在整個變焦過程中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和像差曲線的變化情況;對機械補償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng),對各變焦活動組運動的曲線套筒(凸輪)可以自動計算出可直接用以加工的凸輪坐標(biāo)曲線,根據(jù)需要還可對凸輪曲線進行優(yōu)化設(shè)計。在計算三組元機械補償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時,只要變焦組運動范圍以及需計算各變焦距的位置數(shù)即可自動完成變焦過程的全部計算,不必輸入各變焦位置的可變間隔數(shù)據(jù)。 本軟件包提供了三組元機械補償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能。自動分配各變焦組元及固定組的光焦度以及其光學(xué)間隔的自動計算;可根據(jù)高斯光學(xué)理論自動計算各組元的P、W值,從而獲得光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。在自動優(yōu)化過程中,可以把各變焦位置的可控像差的算術(shù)平均值及其均方差以及各組元光焦度同時作為優(yōu)化目標(biāo)值進行控制,以保證光學(xué)系統(tǒng)的高斯解及系統(tǒng)像質(zhì)的一致性;軟件包可以根據(jù)變焦曲線套筒的直徑及要求的最大轉(zhuǎn)角計算曲線套筒的曲線坐標(biāo)值,直接提供加工數(shù)據(jù)。還可以根據(jù)曲線升角要求調(diào)整曲線升角大小等如圖3所示。 三、連續(xù)變焦系統(tǒng)凸輪曲線優(yōu)化功能 對于機械補償式連續(xù)變焦系統(tǒng),總有一個變焦組分和一個補償組分分別以不同規(guī)律運動以保證在改變組分間隔達(dá)到連續(xù)變焦的同時自動補償像面位移誤差。這兩個組分的運動規(guī)律通常要求變焦組以線性規(guī)律移動,而補償組則以非線性規(guī)律運動。兩組鏡頭的運動多是以機械凸輪機構(gòu)驅(qū)動實現(xiàn)的。驅(qū)動凸輪曲線的斜率(陡度)直接影響著運動的平滑度,陡度超過一定程度時會使機構(gòu)運動“卡死”。凸輪曲線的陡度一方面和曲線套筒的直徑以及曲線套筒的轉(zhuǎn)動總角度有關(guān),另一方面還和曲線的方程以及移動組總移動量有關(guān)。曲線套筒的直徑受鏡筒外圓直徑約束,曲線套筒的總轉(zhuǎn)動角度也有一定限制。因此,曲線的陡度歸根結(jié)底是和曲線方程以及移動組總移動量有著密切關(guān)系,特別對于變焦倍率(變焦比)的系統(tǒng)因曲線陡度過大而使運動卡死是經(jīng)常面臨的困難。OCAD具有對凸輪曲線優(yōu)化設(shè)計的功能,把一個線性運動和一個非線性運動變成兩個非線性運動的結(jié)構(gòu)形式,這樣可以在不改變變焦組和補償組相對移動關(guān)系的前提下調(diào)整補償組運動曲線降低曲線陡度,改善使用效果。在圖4中是一個20倍連續(xù)變焦系統(tǒng)的凸輪曲線在高倍階段斜率達(dá)到75°之高已造成運動卡死如圖4所示。經(jīng)OCAD對凸輪曲線進行優(yōu)化后可以明顯改善曲線斜率,斜率最大值不超過30°,如圖5所示。明顯改善了凸輪曲線性能。經(jīng)優(yōu)化的凸輪曲線坐標(biāo)數(shù)據(jù)列于圖6,便于直接提供數(shù)控機床加工,坐標(biāo)點數(shù)可以根據(jù)需要選擇。顯示數(shù)據(jù)還可以直接轉(zhuǎn)換成word格式文件或excel工作表格式如圖7所示。 |




