光学镜头结构智能化设计系统

郭跃武

【摘  要】本文主要是借助黑盒结构技术作为主要思路，应用VC++语言实现自主性的光学设计软件与机械设计软件，同时借助AutoCAD/AutoIS系统提供接口函数，从而实现光学镜头的结构智能化设计。希望可以借助本次研究为相关工作者提供理论性帮助。

【关键词】光学镜头;结构设计;智能化设计;设计系统

0、引言

以往的光学镜头结构设计主要是以光学、机械分化的设计方式为主，但是因为两种设计阶段属于不同的学科，所以设计期间会存在许多的重推矛盾，导致频繁的更改设计内容，不仅时间成本较高，同时设计实效性也比较差。另外，从产品的设计制造角度来看，如何有效的解决光学镜头的结构设计以及设计与工艺之间的技术问题最为重要。对此，探讨光学镜头结构智能化设计系统具备显著实际意义。

1、系统的基础方法与原理

系统的工作方法主要在于，先借助光学设计人员的CAOD系统，输入光学系统的相关参数，同时计算出具体的镜面位置，并借助光学系统的像差，基于此再进行优化处理与像质的评价[1]。借助机械设计人员输出相关设计要求，并在CAMD系统当中选取光学系统形式，在输入光学设计参数之后，计算绘制的镜头结构以及零部件图，最终应用计算机辅助工艺软件实现工艺的处理。在具体设计以及绘图期间，可以对运动部分进行干涉处理，并在必要情况下完成对整个镜头结构的图纸绘制。

在系统原理方面，系统主要是通过4个软件与多个数据库表构成，软件主要是以CAOD、CAMD、AutoCAD以及AutoIS，将不同软件与多个数据表库进行对应操作，在获得所需要的数据或其他模块之后提供数据。数据库涉及到国内、外无色玻璃数据表、系统的相关参数、光学参数以及装配图表等。核心的数据以参数化程序方式进行生成，部分数据的生成通过几何图、公式等方式进行明确[2]。

在数据库的选择方面，主要涉及到了光学材料、光学系统的参数、设计参数、结构相关材料、光学系统模型、几何元素的公共函数以及零部件的数学模型等，这一些数据库可以直接提供给多名用户共享，同时促使程序之间相互独立或相互连通[3]。以光学材料数据库为例，其中光学玻璃数据库主要是按照光学镜头的结构需求做好材料类型的关系数据库建设，并将所需要储存的数据、参数等进行分批统计，以牌号、质量范围、光学性能、热学性能、机械性能、化学稳定性等为主。在系统的光学设计期间，可以借助设计软件调用光学玻璃统计表，同时随机选取其中所需要的玻璃牌号，并在牌号明确之后调取相应的参数同时进行计算处理，并将所有满足设计需求的牌号统计起来，并为后续的结构整体设计提供材料方面的支持。

2、系统设计的实现

在光学镜头的结构智能化设计期间，系统的程序设计主要是以黑盒构建技术为主，应用即插即用的构建概念作为核心思路，应用VC++语言自主性的开发光学、机械设计软件，同时通过AutoCAD、AutoIS系统实现接口函数的处理，并实现光学、机械相关软件设计以及整个系統的集成和链路，借助数据库的通信实现数据连通。

在具体设计方面步骤如下：首先，零部件的图形参数化的公式程序设计。按照几何模型的基础理论针对不同的零部件进行图形参数设计，并应用VC++的语言编制相应的零部件，同时采用DXF文件的数据储存到零部件图像当中。原则上是以每一个镜头对应一个数据库，但是部分情况下因为结构相似，也可以实体链路到其他的数据库当中，从而实现数据的共享以及计算效率的提升;其次，系统的管理程序可视化设计。主要涉及到两个方面，一方面在于可视化的软件设计，采用VC++与Windows的函数功能实现人机交互的程序设计，同时可以实现光学系统的几何数据录入，系统、光学以及数据库当中的数据储存效果突出，读取边界[4]。另一方面针对光学系统的形式可以实现数据库的可视化处理，可以更好的应用在所需要的光学系统形式中，程序可以按照设定的参数，从光学系统的链路图卢当中连接到零部件参数，并提供函数处理获得最终数据;再次，系统中程序的嵌入结构。机械的结构设计软件主要是应用构件技术实现，可以直接嵌入到AutoCAD或IS软件系统当中，借助软件的接口直接修改菜单的相关文件，同时将部分可以执行的程序嵌入到操作系统当中，并借助软件本身的绘图、编辑功能实现对零部件、装配图的编辑以及输出管理;最后，多种类型的数据库和多模块的集成技术。一方面采用VC++语言实现光学设计与边角设计、图像质量、视图控制等多方面的函数、功能模块设计，这一些模块借助系统进行统一性的管理，并借助具备有序性读写的数据库进行通讯处理，最终实现光学镜头结构设计程序的主体。另一方面借助Windows系统的相关函数功能，将光学设计软件、自主的开发系统、二维与三维CAD系统以黑盒技术连接在一起，并构建一个光学镜头结构水框架以及嵌入型的系统结构。

3、结语

综上所述，光学镜头的结构智能化设计系统主要涉及到了数据库、专家系统等智能化的理念与方法，并借助光学和机械系统化的集成结构方式实现镜头结构的设计，在提升设计效率、降低人力资源成本的同时，显著提升了整体设计的实效性，促使结构更加趋向于参数、数字、智能以及自动化。在具体工作中，可以借助多种数据库的通信技术实现跨领域的智能化、集成化设计，这样的设计方式不仅可以更好的提升镜头的设计范围，同时还可以更好的强化使用途径，提升设计实效性。

参考文献：

[1]吕丽军，吴学伟.鱼眼镜头初始结构的设计[J].光学学报，2017，32（02）：105-114.

[2]陈智利，刘雨昭，费芒芒，etal.大视场双远心工业镜头光学系统设计[J].西安工业大学学报，2018，38（05）：20-26.

[3]郭佐宁，高赟，薛忠新，etal.张家峁选煤厂智能化建设架构设计研究[J].煤炭工程，2018，14（15）：166-167.

[4]王延杰，王永泉，陈花玲，等.新型智能材料微小型光学镜头致动器的设计与性能研究[J].西安交通大学学报，2012，46（5）：79-84

（作者单位：沂普光电（天津）有限公司）