Ansys Zemax | 手机镜头设计 - 第 2 部分：光机械封装

本文该系列文章将讨论智能手机镜头模组设计的挑战，涵盖了从概念、设计到制造和结构变形的分析。本文是四部分系列的第二部分，介绍了在 Ansys Speos 环境中编辑光学元件以及在整合机械组件后分析系统。案例研究对象是一家全球运营制造商的智能手机镜头系统，该系统由五个镜头、一个盖板玻璃和一个红外滤光片组成。主要目的是用复杂的边缘扩展这些镜头，以便它们可以安装在机械支架中。

介绍

在 Ansys Zemax OpticStudio （Zemax） 中优化光学系统后，可以在 Ansys Speos （Speos） 中进一步分析光学设计，并且可以在 Creo Parametric 9 （Creo） 中完成机械建模。在进行转换之前，请确保将图像表面设置为全局坐标参考，这有助于在 Speos 中轻松对齐最终系统。

图 1.Zemax 中的镜头组装

当光学系统转换为 .ODX 文件与“Export Optical System to Speos”一起，该工具会自动将镜头位置及其特性从序列/非序列格式转换为适合打开 Speos 的光学设计交换文件。

镜头组件安装在机械镜筒内，需要稍微调整长度。Creo 等 CAD 软件是修改机械外壳设计的首选软件，而 Speos 则处理复杂的镜头边缘修改。要启动此过程，请使用文件菜单中的“导出 CAD 文件”工具从 Zemax 导出 STEP 文件。

修改机械桶尺寸

可以在 Creo 中打开需要修改其尺寸的给定机械桶。STEP 最初使用“装配”（assemble） 选项卡导入到 Creo 环境中，然后是其他机械零件。

图 2.Creo 中的光机装配

机械筒体是通过绘制草图并围绕横梁轴旋转设计来创建的。要修改长度，需要重新设计草图，如图 3 所示。高亮显示的绿色区域显示修改后的绘图。

图 3.机械枪管改装

将其余的机械部件（例如挡板）添加到设计中，并添加合适的颜色以区分最终设计中的组件。

图 4.修改后的设计

然后将 CAD 模型保存为装配文件，复杂的镜头设计和进一步分析可以在 Speos 中完成。

使用 Speos 进行复杂的镜片边缘建模

首先，使用 .ODX 导入工具位于 Speos 界面的 Light Simulation 选项卡中。

图 5.将修改后的设计导入 Speos

相机镜头组件包含多个镜头，编号如下。一些镜头边缘需要使用 Speos 重新设计成复杂的形状。

零件清单：

• 红外滤光片 （A）

• 镜头 （B）

• 镜头 （C）

• 镜头 （D）

• 镜头 （E）

• 镜头 （F）

• 盖玻片 （G）

图 6.相机镜头组件

加长镜片边缘的几何要求是将镜片保持在机械挡板环和主镜筒之间。

• 免责声明：出于显示目的，红外滤光片 （A） 和盖玻片 （G） 保留在镜筒组件内。在实际应用中，这两个组件很可能与镜头不在同一光学机械子组件中。

添加复杂的镜头边缘

通过在父镜头上绘制新设计并围绕镜头的光轴旋转草图，可以创建复杂的镜头边缘。在 Speos 界面的草图模式下，'线' 工具可用于创建复杂的设计。在绘制设计草图时，需要考虑挡板环的空间。

图 7.绘制复杂的镜头边缘

当所有新透镜边缘的草图完成后，设计将围绕光轴旋转以创建新的实体表面。如图 8 所示，所有透镜边缘都形成一个单独的固体表面。

图 8.重新设计的镜头组件

下一步将父镜头边缘和添加的镜头边缘合并到一个镜头单元中。建议执行以下过程：

1. 要更新 .ODX 文件中，您可以使用剪切、复制和粘贴命令将新的实体表面（在图 9 中突出显示）移动到组件中。

2. 选择需要组合的几何体，然后使用 Speos Design 选项卡中的 'Combine' 对象工具。对其余镜头重复上述步骤。该设计如图 9 所示。A 显示了 .ODX 文件已修改。在图 9.B 中，显示了一个错误。

3. 

   图 9.A： 新镜头部件与母镜头的组合， B 组合设计

4. 发生此错误可能是由于对 .ODX 文件。当我们修改镜头边缘时，其他绘图元素会创建与每个边缘段对应的新面。现在，单击修改后的镜头会显示一个画笔图标，并且会出现一个对话框，显示新添加的镜头面（如图 10 所示）。要修复错误并完成复杂的透镜边缘设计，只需将这些新透镜零件移动到特征树中的原始透镜边缘面即可。对所有修改后的镜头重复此过程。

图 10.将新的镜头边缘排列到特征树中

结论

本文演示了 Zemax 和 Speos 之间的光学设计交换工作流程，并展示了使用 Speos 设计复杂的智能手机镜头边缘的案例。

本系列的下一篇文章：Ansys Zemax | 手机镜头设计 - 第 3 部分：使用 STAR 模块和 ZOS-API 进行 STOP 分析，将深入探讨使用 Star Module 和 ZOS-API 进行停止分析。