高级专业技术文章：Ansys Speos 中智能手机摄像头系统的杂散光分析与优化

摘要

本文综合阐述了利用 Ansys Zemax OpticStudio (ZOS) 设计的光学透镜系统，利用专有“Zemax Importer”工具一键导入至 Speos 进行系统级杂散光分析的过程。阐述了分析杂散光的基本概念、部署的操作流程以及应用 Speos 的核心功能，如 Zemax Importer 工具、光线专家 (LXP) 追迹和序列检测，以此抑制杂散光并优化相机系统的光学性能。重点针对四个典型太阳位置的系统级模拟，对视场内和外环境的杂散光进行了分析与实证。

引言

杂散光作为光学设计中的意外散射光或镜面反射光，尽管在相机传感器上公认无需或有害，但当其在系统中无意形成时，非常可能会降低相机系统的光学成像质量。该文通过讨论全光路仿真中常见的一系列流程和工具，展示了如何检测、模拟与抑制杂散光，以提升成像质量与用户体验。




阐述与实践流程

开始，使用“Zemax Importer”工具将 ZOS 设计的高效手机相机镜头系统数据导入 Speos，完成光学参数、材料属性与能量接收器信息的自动化转换，构建基于 CAD 的镜头几何数据模型。这一环节利用 ZOS 宏观结构与 Speos 的无缝对接，确保了数据格式的通用性和分析的准确性。

下一步，通过确定关键太阳位置并设置模拟场景，借助“Zemax Importer”的便捷性与 Speos 的高级光线追踪算法，展现了动态遮光与成像视觉结果。从系统顶层开始，使用 LXP（光线专家）功能探索整个相机系统的日光泄漏点，不仅辨识出存在光泄漏的关键部位，还借此分析识别了成像单元上可能出现的鬼光现象等问题。

采用系统级的光线追迹方法研究了在相机视场内的四个太阳位置（从 0° 到 15°）下的杂散光分布情况，真实模拟了不同照明条件下的光学输出，有效评估了特定环境光轴照射对成像质量的潜在影响。这一步骤明确验证了杂散光在系统不同部分的强度与分布情况。

在深入分析杂散光路径的基础上，识别并优化影响成像质量的关键因素。借助序列检测功能，锁定导致特定太阳位置成像效果不佳的光线路径序列，并通过修改特定光学元件的透光率与 AR 涂层应用，有效“消灭”鬼像，优化成像镜头性能。