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
鏡頭模組設計的挑戰(zhàn),從概念、設計到制造和結構變形的分析。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 技術對智能手機鏡頭進行自動的結構、熱、
光學性能 (STOP) 分析。有限元分析數(shù)據(jù)的導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構變形進行光學性能分析。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
5F"?]'*/ 手機鏡頭設計 – 第一部分:
光學設計 5-^%\?,x 手機鏡頭設計 – 第二部分:使用 OpticsBuilder 實現(xiàn)光機械封裝
&r%*_pX D,\=zX; 所需工具
d 4]%Wdvf $VWzv4^: Ansys Zemax OpticStudio 旗艦版
ImY.HB^& – 或 –
^d80\PXz 舊版 Zemax OpticStudio 專業(yè)版/旗艦版以及 STAR 模塊授權
M N#C2 qz FEA 模擬分析工具(Ansys Mechanical 在本示例中使用,作為 FEA 有限元分析軟件)
PQ}%}S7: Ansys Mechanical 數(shù)據(jù)導出擴展程序(可選)
bZ.N7X PH sg{D ?zl 簡介
*Xoscc xV#a(>-4 通常,制造延遲和生產(chǎn)成本增加將導致公司需要尋找方法來維持新產(chǎn)品的交付,以應對緊迫的時間表。“構建并推翻” 的設計模型形式推高了成本,因為樣機需要在多次迭代中構建和測試。精確的多物理場仿真可以幫助工程和設計團隊預測系統(tǒng)在各種使用情況下的性能,并仿真可能的條件,以在設計階段了解對系統(tǒng)性能的影響。綜合模擬是從一開始就避免浪費時間并節(jié)省生產(chǎn)周期成本的方法之一。由于材料在不同溫度下性能的變化,物理影響不僅是結構上的,而且是光學上的。這些影響可能很關鍵,嚴重影響批量生產(chǎn)后產(chǎn)品的使用。
4_+Pv6 在手機相機鏡頭模組的設計階段要考慮的因素之一是,如果手機在溫度與室溫不同的環(huán)境中使用,它是否可按照規(guī)格運行。隨著溫度的變化,
透鏡材料膨脹或收縮,導致透鏡的表面形狀以及材料折射率發(fā)生變化,這將使
光線發(fā)生偏離。此時的表面形狀不再能夠通過已知的
參數(shù)化多項式來描述,也不再能將各向同性折射率賦予整個透鏡幾何體。這些變化會影響最終圖像,并可能降低圖像質量,MTF 值可能也會低于設計要求,從而導致最終圖像損失對比度而變得模糊。
/\rq$W_ 光學產(chǎn)品不僅包含光學透鏡,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
光學系統(tǒng)進行結構和熱分析,當熱條件和機械負載得到模擬時,輸出的結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性能。
;YDF*~9u t1jlxK STAR 用戶擴展程序
6#M0AG %i8>w:@NW 為了分析熱致結構變形的影響,共計 14 個結構數(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。
"<x~{BN? 圖 1. 加載 FEA 數(shù)據(jù)工具,用于將 FEA 數(shù)據(jù)集分配給光學表面。
共有 14 個光學表面和 7 個對應時間點,總共有 98 個不同的 FEA 數(shù)據(jù)集需要分配給正確的光學表面才能全面分析系統(tǒng)。為了減少重復點擊并避免數(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)加載到當前鏡頭系統(tǒng)。用戶擴展程序可以:
`{F~'t[' 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
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