光学系统结构复杂,变量很多,参数复杂多样,要设计出适合光学设计的高质量的CAD系统,就必须首先将系统中光学镜头的结构特征描述清楚,这是光学CAD系统设计的一项重要组成部分。
　　本文采用型面描述的思路,运用面向对象的方法,对光学系统计算机辅助设计中镜头的结构特征进行描述。用面向对象的方法,构造了描述镜头面的镜头类,再构造链表类将它们组织起来以实现镜头的数据结构。该结构不仅实现方法简单,且将算法封装在对象内,方便了程序的调试与移植。它从根本上克服了传统镜头数据结构的缺点。
　　面向对象技术的对象和特征联系的对应面向对象(Object-Oriented)是以对象为中心的一种软件开发方法,它的出发点和基本原则是:尽可能模拟人类习惯的思维方式,使开发软件的方法与过程尽可能接近人类认识世界的方法与过程,也就是说,要使得描述问题的空间与在计算机上解决问题的空间结构上尽可能一致。面向对象技术的核心是用类来定义对象。面向对象的数据模型的基本元素是对象,用某个属性描述对象的特征,并指定某个属性(或属性组合)作为对象的标识符。
　　面向对象技术的对象与特征联系存在以下对应:
　　(1)面向对象技术的对象之间存在继承关系,反映一个对象若干个互不相容的子类之间的分层关系。特征之间的继承联系与面向对象技术的对象之间继承关系相对应。
　　(2)面向对象技术的对象之间存在关联关系,反映对象之间的相互依赖、相互作用的关系。特征之间的邻接联系与面向对象技术的对象之间的关联关系相对应。
　　(3)面向对象技术的对象之间存在成员关系,表示一个对象是另一个对象的成员组成,反映对象之间的构成关系。特征之间的从属联系与面向对象技术的对象之间的成员关系相对应。
　　(4)面向对象技术的对象之间存在引用关系,表示一个对象引用另一个对象的属性。特征之间的引用联系与面向对象技术的对象之间的引用关系相对应。
　　特征在性质上与面向对象技术的对象存在许多对应点,因而面向对象技术适合表达特征,为特征的表达和描述提供了良好的途径和手段。
　　特征类的面向对象表达和特征类库的建立特征类是关于特征类型的描述,是所有具有相同信息性质和属性的特征的概括。特征实例是特征属性赋值后的一个特定特征,特征是特征类的一个实例,是具有属性与设计制造活动有关并含有工程意义的几何实体或信息的集合。面向对象的一个重要机制是类继承。该机制自动为一个类提供来自另一个类的操作和数据结构。类可按基类、子类组成层次结构。子类可继承基类的数据结构和方法,子类又可派生子类。在镜头设计领域存在大量的相似部件,这些相似部件构成一个零件族。这个零件族可用一个对象表示。
　　将组成该零件族的所有零件的共性抽象为基类,将该零件族内不同零件的个性抽象为子类。子类将继承基类的属性。如镜头为一个零件族,可在一个一般的类(如镜头的特征类)的基础上,通过修改和扩充这个类以满足新类的要求来定义新类。面向对象技术允许从任何一个已存在的类(如镜头的特征类)派生新类。如组成镜头的光学元件核心是面特征,而不同镜头上的面特征具有不同特点,如有球面、非球面、平面等。这里将面特征抽象为父类,将球面、非球面等抽象为由父类派生而来的子类,这些子类将具有父类的特点和属性,同时又具有自己的专有性质。
　　特征的继承性为工艺过程分级分层推理提供了基础。特征类的全体就形成了特征类库。
　　镜头特征类系统光学系统通常是由若干光学元件组成,而每个光学元件的表面为球面、平面或非球面组成的具有一定折射率的介质构成。任何镜头,不管是新的还是老的,都可以用“镜头描述”这个术语来区分镜片的数量、玻璃的种类、镜片的曲面半径、镜片的厚度、镜片与镜片之间的距离、以及每个镜片的直径等等,都是用来全面描述一个镜头的参数。这些参数全面地描述了镜头的特征。根据面向对象技术的知识表达法,把特征当作对象,在特征对象中封装特征的属性集和对属性集进行操作的方法集(方法要通过消息激活),以特征名为类名建立特征类。
　　特征的不同层次映射到特征类上,形成不同层次的特征类。特征类的全体形成特征类库。
　　由于光学系统是由许多的光学元件组成的,而每个光学元件又是由一些镜面所组成的。镜头面型种类繁多,可将其分为标准面、非标准面。标准面包括平面、球面和圆锥面。圆锥面的如非球面的偶次非球面和奇次非球面,非标准面的如特殊面型的近轴面、近轴XY、环带、双圆锥曲面、环形光栅、立方样条、共轭面、倾斜面等等几十种。根据面的特征可以建一个面特征类,面特征可映射,镜面特征类结构的特征类系统,箭头头部指向基类,箭头尾部是子类。