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分析背景說明

鏡頭現(xiàn)在被廣泛應用于各類產品中，例如我們使用最多的手機、汽車或者時下流行的無人機，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重要，如何讓微小的鏡頭呈現(xiàn)出完美的成像質量是鏡頭行業(yè)共同的追求。

眾所周知在實際的鏡頭設計中，我們通過各類光學設計軟件進行鏡頭成像的設計和優(yōu)化，并達到完美的參數(shù)指標，但是一旦到了開?；蛘呓M裝試制階段就會出現(xiàn)光學質量不如預期設計的理想結果。這是分別由于幾點原因造成，首先因為裝配導致的鏡頭發(fā)生變形或者位移，其次因為工作環(huán)境溫度影響導致的熱脹冷縮。

為了解決這個問題就必須引入Ansys Mechanical結構分析軟件對鏡頭的裝配和溫度工況進行模擬分析，得到鏡頭變形數(shù)據結果，在通過Zemax的STAR模型進行耦合，將鏡頭的結構分析數(shù)據導入到鏡頭設計軟件中在實際工況下進行新一輪的鏡頭設計和優(yōu)化；

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分析目的

本文對鏡頭行業(yè)的實際需求出發(fā)，結合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際變化的兩相結合，介紹整體的分析流程。

在本案例中，我們以車載鏡頭為例，介紹鏡頭結構分析以及結果擬合導入光學軟件的流程。

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分析模型和分析條件

我們設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行結構擠壓的分析，同時設定整體的溫度環(huán)境，模型熱膨脹效應。

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

此外，還可以通過結構熱仿真或者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構的變化以及鏡頭的折射率，流程如下圖所示：

計算分析結果如下圖所示，左邊為變形結果，右邊為溫度分布結果

在得到仿真變形的基礎上，我們通過STAR模塊擬合兩者的結果，將結果的面型數(shù)據導入至Zemax

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

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

在最終的Zemax中呈現(xiàn)仿真之后的鏡片結果

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結論

通過STAR模塊，我們能夠完成FEA數(shù)據與光學表面準確匹配，并讓其精確地反映到光學模型上，改善光學分析的準確性。STAR模塊能使用戶將FEA數(shù)據載入到OpticStudio并評估對其設計的光學性能的影響，從而優(yōu)化STOP分析工作流。記錄哪些FEA數(shù)據集分配到了哪些光學面對于正確構建光學性能模型至關重要。由于涉及的光學元件和面較多，為各個FEA數(shù)據集恰當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)據集充分說明了腳本編寫有助于改進處理速度并降低人為錯誤。

審核編輯：劉清