本文是 3 篇系列文章的一部分，該系列文章將討論智能手機鏡頭模組設(shè)計的挑戰(zhàn)，從概念、設(shè)計到制造和結(jié)構(gòu)變形的分析。本文是三部分系列的第三部分。它涵蓋了使用 Ansys Zemax OpticStudio Enterprise 版本提供的 STAR 技術(shù)對智能手機鏡頭進行自動的結(jié)構(gòu)、熱、光學(xué)性能 (STOP) 分析。有限元分析數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和擬合過程通過使用 ZOS-API 實現(xiàn)自動化（本文提供了用戶擴展和用戶分析）。通過內(nèi)置分析功能，以及利用 ZOS-API 用戶分析實現(xiàn)的擴展仿真，對不同熱條件下手機鏡頭的熱致結(jié)構(gòu)變形進行光學(xué)性能分析。（聯(lián)系我們獲取文章附件） 1D$k:|pP~  
手機鏡頭設(shè)計 – 第一部分：光學(xué)設(shè)計 S}<(9@]z  
手機鏡頭設(shè)計 – 第二部分：使用 OpticsBuilder 實現(xiàn)光機械封裝 .s+e hZ  
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所需工具 F#hM S<  
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Ansys Zemax OpticStudio 旗艦版 *+G K?Ga  
– 或 – U!h!z`RU54  
舊版 Zemax OpticStudio 專業(yè)版/旗艦版以及 STAR 模塊授權(quán) UCQL~  
FEA 模擬分析工具（Ansys Mechanical 在本示例中使用，作為 FEA 有限元分析軟件） aaBBI S  
Ansys Mechanical 數(shù)據(jù)導(dǎo)出擴展程序（可選） WJ%b9{<  
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簡介 @[^H*^1|g  
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通常，制造延遲和生產(chǎn)成本增加將導(dǎo)致公司需要尋找方法來維持新產(chǎn)品的交付，以應(yīng)對緊迫的時間表�！皹�(gòu)建并推翻” 的設(shè)計模型形式推高了成本，因為樣機需要在多次迭代中構(gòu)建和測試。精確的多物理場仿真可以幫助工程和設(shè)計團隊預(yù)測系統(tǒng)在各種使用情況下的性能，并仿真可能的條件，以在設(shè)計階段了解對系統(tǒng)性能的影響。綜合模擬是從一開始就避免浪費時間并節(jié)省生產(chǎn)周期成本的方法之一。由于材料在不同溫度下性能的變化，物理影響不僅是結(jié)構(gòu)上的，而且是光學(xué)上的。這些影響可能很關(guān)鍵，嚴(yán)重影響批量生產(chǎn)后產(chǎn)品的使用。 eK`tFs,u  
在手機相機鏡頭模組的設(shè)計階段要考慮的因素之一是，如果手機在溫度與室溫不同的環(huán)境中使用，它是否可按照規(guī)格運行。隨著溫度的變化，透鏡材料膨脹或收縮，導(dǎo)致透鏡的表面形狀以及材料折射率發(fā)生變化，這將使光線發(fā)生偏離。此時的表面形狀不再能夠通過已知的參數(shù)化多項式來描述，也不再能將各向同性折射率賦予整個透鏡幾何體。這些變化會影響最終圖像，并可能降低圖像質(zhì)量，MTF 值可能也會低于設(shè)計要求，從而導(dǎo)致最終圖像損失對比度而變得模糊。 =y<Fz*aA  
光學(xué)產(chǎn)品不僅包含光學(xué)透鏡，還具有機械封裝元件，這些元件會因為改變鏡片的位置和對鏡片施加壓力（這是鏡片表面變形的另一種方式）而顯著影響性能。Ansys Zemax OpticStudio 旗艦版可用于對手機鏡頭光學(xué)系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)和熱分析，當(dāng)熱條件和機械負載得到模擬時，輸出的結(jié)果可用于量化它們對手機鏡頭系統(tǒng)的影響。通過將 Ansys Mechanical 的仿真結(jié)果加載到 Ansys Zemax OpticStudio 旗艦版進行靜態(tài)和瞬態(tài)仿真，從而建立互操作性以全面了解光學(xué)性能。 #(7OvW+y  
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STAR 用戶擴展程序 |1neCP@ng  
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為了分析熱致結(jié)構(gòu)變形的影響，共計 14 個結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集可以分配給系統(tǒng)中的透鏡表面。OpticStudio 用戶界面可實現(xiàn)為每個表面單獨分配數(shù)據(jù)集。 Ruf*aF(  
共有 14 個光學(xué)表面和 7 個對應(yīng)時間點，總共有 98 個不同的 FEA 數(shù)據(jù)集需要分配給正確的光學(xué)表面才能全面分析系統(tǒng)。為了減少重復(fù)點擊并避免數(shù)據(jù)分配過程中的錯誤，可通過 ZOS-API 編寫用戶擴展程序，將數(shù)據(jù)加載到當(dāng)前鏡頭系統(tǒng)。用戶擴展程序可以： O
SBE5  
從數(shù)據(jù)集文本文件的名稱中識別表面編號和 FEA 數(shù)據(jù)類型 ?
VJ Fp^Ra  
自動將數(shù)據(jù)集應(yīng)用于正確的表面 Tb}b*d3  
自動應(yīng)用所有時間點的數(shù)據(jù)集 KS%,N _F<  
:%0Z
  
如何使用用戶擴展程 |i|O9^*%  
__a9}m4i7x  
1. 選擇保存有限元分析數(shù)據(jù)集的相應(yīng)坐標(biāo)系 b_B4  
此擴展模塊假定所有 FEA 數(shù)據(jù)集都在同一坐標(biāo)系中保存 f}fM%0/5  
2. 要加載FEA數(shù)據(jù)集文本文件，請單擊Load FEA % $J^dF_0
 
3. 在彈出的“文件資源管理器”窗口中，選擇包含系統(tǒng)數(shù)據(jù)集的文件夾。 g,.iM8  
默認路徑與當(dāng)前鏡頭文件所在的位置相同 jWm<!<~  
請務(wù)必確認內(nèi)部文本文件的格式正確，以避免加載錯誤 p4/
D%*G^`  
4. 在 OpticStudio 界面中，打開 STAR 擬合評估工具檢查（如果需要，進行修改）擬合設(shè)置選項，然后點擊OK。 'rSM6j  
此用戶擴展對所有調(diào)整的表面和此 FEA 數(shù)據(jù)類型應(yīng)用相同的擬合設(shè)置。 C 9DRVkjj  
報告擬合參數(shù)和擬合結(jié)果以供核查并保存為 txt 文件。 !#'*@a  
8r~4iVwg  
自動化瞬態(tài)分析工作流程（多個時間點） 1(-)$m8}  
J~~WV<6  
需要在不同階段或操作模式下進行分析的應(yīng)用，例如不同的階段（地面、發(fā)射和在軌）、不同的時間（激光關(guān)閉、激光開啟 0 秒、激光開啟 5 秒、激光開啟 5 分鐘等）或不同的溫度（0℃、25℃、50℃），要求團隊使用多組 FEA 數(shù)據(jù)集。在每個階段將 FEA 數(shù)據(jù)集分配給光學(xué)表面可能既耗時又容易出錯。附件中的用戶擴展處理數(shù)據(jù)分配，并在后臺為當(dāng)前手機鏡頭添加 STAR 系統(tǒng)。 rT
x]
%{  
為了載入多個時間點的 FEA 數(shù)據(jù)集： XX+4X*(o  
1. 選擇保存 FEA 數(shù)據(jù)集所在的合適坐標(biāo)系。 f\Qi()  
2. 接下來選擇要加載的 FEA 數(shù)據(jù)類型。在此示例中，我們將使用Structural Only： z 6p.{M  
通過用戶擴展，我們只需點擊一下即可輕松加載僅結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、僅溫度數(shù)據(jù)或兩者兼有的數(shù)據(jù)。 rx%lL  
為表面指定數(shù)據(jù)時，將根據(jù)該文本文件的名稱應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，例如，Surface_05_Temperature.txt將應(yīng)用于表面5。當(dāng)名義鏡頭文件中有虛擬表面或其他透鏡表面添加鏡頭數(shù)據(jù)編輯器中時，還可以進行補償分配操作，例如，如果在所有鏡頭元件之前添加了兩個表面，并且分配補償設(shè)置為2，那么Surface_05_Temperature.txt現(xiàn)在將應(yīng)用于表面7。 FN G]  
3. 點擊加載多組有限元分析數(shù)據(jù)。 NpSS/rd $  
4. 在彈出的文件資源管理器窗口中，選擇存有不同時間點 FEA 數(shù)據(jù)集的多個文件夾，然后點擊 OK。 V-VR+