OCAD光學(xué)設(shè)計(jì)軟件包是一個在Windows環(huán)境下，采用全中文菜單，操作實(shí)用性很強(qiáng)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(jì)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(jì)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(jì)者的繁重工作。為此OCAD光學(xué)設(shè)計(jì)軟件包就是出于這些目的編制的適用性光學(xué)設(shè)計(jì)軟件。為了與國內(nèi)外一些優(yōu)秀光學(xué)軟件取長補(bǔ)短，軟件包設(shè)計(jì)了與其他有關(guān)軟件連鎖互動功能，可以實(shí)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(jì)過程中利用不同光學(xué)軟件的優(yōu)勢完成光學(xué)設(shè)計(jì)工作。OCAD還可以與Word文字處理軟件關(guān)聯(lián)自動把設(shè)計(jì)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(jì)軟件包的主要功能簡介如下。 _cQ '3@  
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一、系統(tǒng)適應(yīng)范圍 iGhvQmd(/*  
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本軟件包不僅能計(jì)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(jì)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(jì)算各種定焦距光學(xué)系統(tǒng)，還可以計(jì)算各種連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)；不僅能計(jì)算各種有明確焦平面的有焦光學(xué)系統(tǒng)，還能計(jì)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(jì)算視場角小于90°的普通廣角鏡頭，F(xiàn)-θ鏡頭，還可以計(jì)算視場角大于90°的超廣角的魚眼鏡頭；不僅能計(jì)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(jìn)行計(jì)算。 J{b#X"i  
本軟件包不僅可以通過計(jì)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(jì)算，還可以計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖能量分布、像差靈敏度等對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行評價和分析，還可以對系統(tǒng)的成像質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，還可以計(jì)算和優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)的允許公差值。 PolJo?HZ  
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二、 變焦系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能 I
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本軟件包可以計(jì)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(bǔ)償式連續(xù)變焦﹑機(jī)械補(bǔ)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)。 53{\H&q  
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(jì)；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(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，對各變焦活動組運(yùn)動的曲線套筒（凸輪）可以自動計(jì)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在計(jì)算三組元機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)時，只要變焦組運(yùn)動范圍以及需計(jì)算各變焦距的位置數(shù)即可自動完成變焦過程的全部計(jì)算，不必輸入各變焦位置的可變間隔數(shù)據(jù)。 9oJM?&i  
本軟件包提供了三組元機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)設(shè)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(xué)間隔的自動計(jì)算；可根據(jù)高斯光學(xué)理論自動計(jì)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(jìn)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(jì)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。 IMwV9rF  
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三、連續(xù)變焦系統(tǒng)凸輪曲線優(yōu)化功能 =KHb0d |.  
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對于機(jī)械補(bǔ)償式連續(xù)變焦系統(tǒng)，總有一個變焦組分和一個補(bǔ)償組分分別以不同規(guī)律運(yùn)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(bǔ)償像面位移誤差。這兩個組分的運(yùn)動規(guī)律通常要求變焦組以線性規(guī)律移動，而補(bǔ)償組則以非線性規(guī)律運(yùn)動。兩組鏡頭的運(yùn)動多是以機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)的。驅(qū)動凸輪曲線的斜率（陡度）直接影響著運(yùn)動的平滑度，陡度超過一定程度時會使機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yùn)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(jì)的功能，把一個線性運(yùn)動和一個非線性運(yùn)動變成兩個非線性運(yùn)動的結(jié)構(gòu)形式，這樣可以在不改變變焦組和補(bǔ)償組相對移動關(guān)系的前提下調(diào)整補(bǔ)償組運(yùn)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(yùn)動卡死如圖4所示。經(jīng)OCAD對凸輪曲線進(jìn)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(jī)床加工，坐標(biāo)點(diǎn)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。 |gI>Sp%Fu  
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四、薄透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能 3eE=>E4,  
薄透鏡是光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)任何一組光學(xué)元件的雛形都可以認(rèn)為是有最基本的薄透鏡開始的。在光學(xué)系統(tǒng)外形尺寸計(jì)算階段首先把各組光學(xué)元件當(dāng)成薄透鏡利用高斯光學(xué)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)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(shè)計(jì)就是在分配了各組分光學(xué)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(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)平衡像差。 [tkx84M8  
薄透鏡初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以根據(jù)對該組光學(xué)元件的P、W值大小確定結(jié)構(gòu)復(fù)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。 neM.M)0  
OCAD光學(xué)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 u!|_bI3  
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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�，F(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(shè)計(jì)依據(jù)，然后選擇使用的玻璃材料的玻璃庫名，如中國國標(biāo)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(yīng)曲線，根據(jù)曲線數(shù)據(jù)拉動選擇線（圖中黑色直線）  q6F1Rt  
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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(jìn)一步具體選擇選定的玻璃組合。接著窗體內(nèi)就會自動計(jì)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(yīng)P、W值的變化以修改透鏡參數(shù)�；�本合格后點(diǎn)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(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)，進(jìn)而可以進(jìn)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(shè)計(jì)。  B`e/ /  
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五、與其他光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的兼容功能 THhxj)  
本軟件包具有可讀取國內(nèi)外一些著名光學(xué)軟件數(shù)據(jù)文件以及自動生成其數(shù)據(jù)文件的功能。目前國內(nèi)外一些著名光學(xué)軟件，各有所長，各具特色。為了取長補(bǔ)短，本軟件包可以直接讀取如國外著名的 CODE Ⅴ、Zemax、OSLO 以及國內(nèi)應(yīng)用面很廣的 SOD88 等光學(xué)軟件的數(shù)據(jù)文件，同時本軟件包也具有可以自動生成這些光學(xué)軟件的數(shù)據(jù)文件的功能。這樣不僅可以擴(kuò)展本軟件包和他們之間的交流，同時還可以以本軟件包為紐帶增強(qiáng)這些軟件包之間的交流。