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分析背景說明

鏡頭現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品中，例如我們使用最多的手機(jī)、汽車或者時下流行的無人機(jī)，而在平時生活的城市中布置的安防攝像頭讓我們始終處于安全的管控之中，這些都離不開鏡頭的使用。所以鏡頭良好的成像性能至關(guān)重要，如何讓微小的鏡頭呈現(xiàn)出完美的成像質(zhì)量是鏡頭行業(yè)共同的追求。

眾所周知在實(shí)際的鏡頭設(shè)計中，我們通過各類光學(xué)設(shè)計軟件進(jìn)行鏡頭成像的設(shè)計和優(yōu)化，并達(dá)到完美的參數(shù)指標(biāo)，但是一旦到了開模或者組裝試制階段就會出現(xiàn)光學(xué)質(zhì)量不如預(yù)期設(shè)計的理想結(jié)果。這是分別由于幾點(diǎn)原因造成，首先因?yàn)檠b配導(dǎo)致的鏡頭發(fā)生變形或者位移，其次因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境溫度影響導(dǎo)致的熱脹冷縮。

為了解決這個問題就必須引入Ansys Mechanical結(jié)構(gòu)分析軟件對鏡頭的裝配和溫度工況進(jìn)行模擬分析，得到鏡頭變形數(shù)據(jù)結(jié)果，在通過Zemax的STAR模型進(jìn)行耦合，將鏡頭的結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)導(dǎo)入到鏡頭設(shè)計軟件中在實(shí)際工況下進(jìn)行新一輪的鏡頭設(shè)計和優(yōu)化；

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分析目的

本文對鏡頭行業(yè)的實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合Ansys Mechanical和Zemax兩款軟件，針對鏡頭行業(yè)中的鏡頭成像和裝配使用之后的實(shí)際變化的兩相結(jié)合，介紹整體的分析流程。

在本案例中，我們以車載鏡頭為例，介紹鏡頭結(jié)構(gòu)分析以及結(jié)果擬合導(dǎo)入光學(xué)軟件的流程。

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分析模型和分析條件

我們設(shè)定模型在裝配的位置有初始的干涉，可以通過摩擦接觸方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)擠壓的分析，同時設(shè)定整體的溫度環(huán)境，模型熱膨脹效應(yīng)。

同時，由于定義熱膨脹的分析環(huán)境，所以與熱相關(guān)的參數(shù)至關(guān)重要，涉及擠壓和熱膨脹分析的材料如下圖所示：

此外，還可以通過結(jié)構(gòu)熱仿真或者Ansys Fluent流體軟件計算鏡頭的整體溫度分布，不同的溫度分布將會影響結(jié)構(gòu)的變化以及鏡頭的折射率，流程如下圖所示：

計算分析結(jié)果如下圖所示，左邊為變形結(jié)果，右邊為溫度分布結(jié)果

在得到仿真變形的基礎(chǔ)上，我們通過STAR模塊擬合兩者的結(jié)果，將結(jié)果的面型數(shù)據(jù)導(dǎo)入至Zemax

在Mechanical一端，我們只需要安裝上對應(yīng)的STAR ACT，在軟件的工具條中就會出現(xiàn)對應(yīng)的目錄

我們只需要通過工具欄里的提示步驟完整對應(yīng)的操作就能得到仿真分析之后的dat檔結(jié)果

在最終的Zemax中呈現(xiàn)仿真之后的鏡片結(jié)果

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結(jié)論

通過STAR模塊，我們能夠完成FEA數(shù)據(jù)與光學(xué)表面準(zhǔn)確匹配，并讓其精確地反映到光學(xué)模型上，改善光學(xué)分析的準(zhǔn)確性。STAR模塊能使用戶將FEA數(shù)據(jù)載入到OpticStudio并評估對其設(shè)計的光學(xué)性能的影響，從而優(yōu)化STOP分析工作流。記錄哪些FEA數(shù)據(jù)集分配到了哪些光學(xué)面對于正確構(gòu)建光學(xué)性能模型至關(guān)重要。由于涉及的光學(xué)元件和面較多，為各個FEA數(shù)據(jù)集恰當(dāng)命名的工作會很快變得十分繁重。

Ansys ACT API使用戶能夠輕松創(chuàng)建擴(kuò)展并自動執(zhí)行工作流。使用一致的命名方案保存FEA數(shù)據(jù)集充分說明了腳本編寫有助于改進(jìn)處理速度并降低人為錯誤。

審核編輯：劉清