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）
7yG#Z)VE 手機鏡頭設(shè)計 – 第一部分：
光學(xué)設(shè)計 e
h&IPU S 手機鏡頭設(shè)計 – 第二部分：使用 OpticsBuilder 實現(xiàn)光機械封裝
4qphA9i1 5/q}`T9i%7 所需工具
v V'EZ ?
H_B 4 Ansys Zemax OpticStudio 旗艦版
% G3h?3 – 或 –
^7>3a/ 舊版 Zemax OpticStudio 專業(yè)版/旗艦版以及 STAR 模塊授權(quán)
e2L0VXb b 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）
'@cANGg7[ Ansys Mechanical 數(shù)據(jù)導(dǎo)出擴展程序（可選）
wc0jhHZO
? A|CmlAW~^ 簡介
&LmJ!^# __lM7LFL 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。“構(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，嚴重影響批量生產(chǎn)后產(chǎn)品的使用。
&Q9 qq ~ 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。
QsGic lU 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。
6h>wt-tRC K#l:wH _ STAR 用戶擴展程序
@ :; )~V d4m=0G` 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。
q?,).x
nN 圖 1. 加載 FEA 數(shù)據(jù)工具，用于將 FEA 數(shù)據(jù)集分配給光學(xué)表面。
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：
\K_ET> ! 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
w:??h4lt 自動將數(shù)據(jù)集應(yīng)用于正確的表面
!5wIIS:FT 自動應(yīng)用所有時間點的數(shù)據(jù)集
1 ;d$#j B 5g j_ ^ 如何使用用戶擴展程
S_iMVHe UN7EF/!Zz 1. 選擇保存有限元分析數(shù)據(jù)集的相應(yīng)坐標(biāo)系
fr,7rS/w{l 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
"MxnFeLM# 圖 2. STAR 用戶擴展程序中的坐標(biāo)系控制
2. 要加載FEA數(shù)據(jù)集文本文件，請單擊Load FEA
SIe ="YG]< 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。
,K>I%_!1 默認路徑與當(dāng)前鏡頭文件所在的位置相同
[N FFB96 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
h~A/
