OCAD光學設計軟件包是一個在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。當前國內(nèi)外優(yōu)秀的光學設計軟件很多，但大多數(shù)都集中在光學系統(tǒng)的優(yōu)化和像質(zhì)評價方面，但如何確定光學系統(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)光學設計標準，特別是貫徹光學零件的表面半徑標準、邊沿厚度標準以及中心厚度標準等都需要在優(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光學標準繪制光學圖紙也是光學設計者的繁重工作。為此OCAD光學設計軟件包就是出于這些目的編制的適用性光學設計軟件。為了與國內(nèi)外一些優(yōu)秀光學軟件取長補短，軟件包設計了與其他有關(guān)軟件連鎖互動功能，可以實現(xiàn)和其他光學軟件數(shù)據(jù)共享，互相轉(zhuǎn)換，以求在整個光學設計過程中利用不同光學軟件的優(yōu)勢完成光學設計工作。OCAD還可以與Word文字處理軟件關(guān)聯(lián)自動把設計過程中的數(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光學設計軟件包的主要功能簡介如下。 rZ|p{ym  
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一、系統(tǒng)適應范圍 }79O[&  
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本軟件包不僅能計算常用的具有軸對稱旋轉(zhuǎn)表面的光學系統(tǒng)，還可以計算具有偏心和傾斜光學表面的非對稱光學系統(tǒng)。不僅能計算各種定焦距光學系統(tǒng)，還可以計算各種連續(xù)變焦光學系統(tǒng)；不僅能計算各種有明確焦平面的有焦光學系統(tǒng)，還能計算系統(tǒng)像平面在無窮遠的無焦光學系統(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）射光學表面組成的光學系統(tǒng)，還能直接把各種折射棱鏡置于系統(tǒng)中進行計算。 $}{[_2  
本軟件包不僅可以通過計算光學系統(tǒng)的各種幾何像差，高斯光學初級像差系數(shù)計算，還可以計算光學系統(tǒng)的點列圖能量分布、像差靈敏度等對光學系統(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。 1ANFhl(l  
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二、 變焦系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設計功能 _cE_\Ay  
本軟件包可以計算各類連續(xù)或斷續(xù)變焦距光學系統(tǒng)。其中包括光學補償式連續(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)變焦等光學系統(tǒng)。 ('7
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對變焦距系統(tǒng)，可以在整個變焦過程中全程自動優(yōu)化設計；光學結(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曲線，根據(jù)需要還可對凸輪曲線進行優(yōu)化設計。在計算三組元機械補償式連續(xù)變焦光學系統(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)。 f;Oh"Yt  
本軟件包提供了三組元機械補償式連續(xù)變焦光學系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設計的功能。自動分配各變焦組元及固定組的光焦度以及其光學間隔的自動計算；可根據(jù)高斯光學理論自動計算各組元的P、W值，從而獲得光學系統(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)化目標值進行控制，以保證光學系統(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。 e5 L_<V^Jo  
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三、連續(xù)變焦系統(tǒng)凸輪曲線優(yōu)化功能 oKsArZG  
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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)化的凸輪曲線坐標數(shù)據(jù)列于圖6，便于直接提供數(shù)控機床加工，坐標點數(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。 &3Yj2
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四、薄透鏡初始結(jié)構(gòu)設計功能 '?| 1\j  
薄透鏡是光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設計的起點。在光學系統(tǒng)內(nèi)任何一組光學元件的雛形都可以認為是有最基本的薄透鏡開始的。在光學系統(tǒng)外形尺寸計算階段首先把各組光學元件當成薄透鏡利用高斯光學的原理進行設計，然后通過初級像差平衡解算分配各組分P、W值，在此基礎(chǔ)上才能計算透鏡形狀系數(shù)，選擇玻璃確定表面半徑。OCAD軟件包的薄透鏡初始結(jié)構(gòu)設計就是在分配了各組分光學元件的P、W值的要求基礎(chǔ)上，選擇玻璃材料，求解透鏡表面半徑獲得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的過程。有了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)才能進一步優(yōu)化系統(tǒng)平衡像差。 ]"b:IWPeI  
薄透鏡初始結(jié)構(gòu)設計可以根據(jù)對該組光學元件的P、W值大小確定結(jié)構(gòu)復雜程度選擇單透鏡或雙膠合透鏡或單透鏡與雙膠合透鏡的組合。 `YC7+`q  
OCAD光學軟件為求解薄透鏡初始結(jié)構(gòu)提供窗體如圖8。從圖中可以看出，根據(jù)對薄透
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鏡P、W值的要求，選擇透鏡結(jié)構(gòu)形式有單透鏡、雙膠合透鏡、單透鏡—雙膠合透鏡組合以及雙膠合透鏡—單透鏡組合等四種結(jié)構(gòu)形式。現(xiàn)以雙膠合透鏡為例，首先把對透鏡P、W值的要求填入表中作為設計依據(jù)，然后選擇使用的玻璃材料的玻璃庫名，如中國國標玻璃GB903-87，再選擇膠合透鏡玻璃材料的王冕玻璃在前或或是玻璃在前，程序自動分別列出王冕玻璃和或是玻璃于兩個可選下拉式菜單內(nèi)。在選擇玻璃材料組合時可以人為選擇玻璃牌號，也可以利用程序優(yōu)化選擇。比如選擇優(yōu)選玻璃，此時可以利用窗體中間的滿足P、W值要求的各種玻璃組合對應曲線，根據(jù)曲線數(shù)據(jù)拉動選擇線（圖中黑色直線） ux
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后在窗體右側(cè)又會出現(xiàn)一個更小范圍的可選組合，如圖9。最后再進一步具體選擇選定的玻璃組合。接著窗體內(nèi)就會自動計算出膠合透鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時還給出該玻璃組合的形狀系數(shù)Q值與P、W值的關(guān)系曲線，如圖10。最后還可以根據(jù)右上方指針式控件左右移動彎曲透鏡，圖面自動顯示彎曲后透鏡參數(shù)的變化以及對應P、W值的變化以修改透鏡參數(shù)。基本合格后點擊程序大窗體的“編輯”菜單中“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)”命令，透鏡所有數(shù)據(jù)立即進入可執(zhí)行狀態(tài)，進而可以進行像差評價，自動優(yōu)化等各種程序功能。完成透鏡單元的全部設計。 IH