Ansys Zemax使用 STAR 模块和 ZOS-API

总览

随着智能手机的设计加速推进，满足多样化的市场需求和时间紧迫性对产品开发带来了巨大的挑战。本系列文章旨在探究智能手机镜头模组设计与制造阶段可能遇到的挑战，从前期概念到设计、制造以及对结构变形的分析，重点讨论如何利用先进的软件工具，如Ansys Zemax OpticStudio Enterprise版本中的STAR技术，实现对智能手机镜头的自动化结构、热力学及光学性能分析。

首要关注点




在智能手机镜头模组的设计与制造过程中，尤其是在不同的温度和工作条件下，材料的热性能对光学系统的影响成为了一项关键考量因素。这一影响不仅表现为静态的结构变形，还体现在动态的光学性能变化上。当镜头在不同环境下运行时，其形状和材料性质的改变会导致光线路径偏离设计意图，影响最终图像质量。因此，综合考虑光学性能、机械封装以及潜在的热结构变形对系统影响，是优化设计和提高设备可靠性的基础。

主要工具与流程


所需工具与模拟分析

关键工具：Ansys Zemax OpticStudio旗舰版（或旧版Zemax OpticStudio专业版/旗舰版，附带STAR模块授权）以及Ansys Mechanical作为有限元分析软件。

额外工具：Ansys Mechanical数据导出扩展程序（可选）用于简化数据集成流程。

开发流程详解


一、结构与热分析的自动化

通过使用Ansys OpticStudio旗舰版提供的STAR技术，我们实现了对智能手机镜头模组的自动化结构、热分析过程。在这一过程中，Zemax OpticStudio与Ansys Mechanical的高效集成使得复杂系统能够在多物理场条件下进行仿真，预测不同热条件下的结构变形和动态光学性能变化。

二、热致结构变形分析

为了精确评估热条件下可能的结构变形，引入了多达14个结构数据集，每个数据集对应镜头表面的不同状态，包括温度和变形信息。通过ZOSAPI（Ansys Zemax OpticStudio的API），软件能够自动识别数据集并应用于正确的光学表面，从而高效执行拟合评估，定量分析温度变化对光学性能的影响。

三、自动化瞬态分析

在面对复杂的暂态分析需求时，如根据不同阶段（地面、发射及在轨）或不同操作电平（激光打开与关闭等时间状态）变化的应用场景，上述用户扩展功能起到了关键作用。通过此自动化流程，不同时间点的有限元分析结果可以被轻松地应用到镜头系统中，实现多维度的性能优化。

四、系统布局图与综合性能评估

每个有限元分析的结果集可生成精细的系统布局图，不仅提供了镜头系统动态变化的直观展示，也便于机械工程师实施实际的设置检查或参数调整，确保分析结果的准确性和一致性。

五、功能灵活的STAR用户分析

STAR用户分析功能则提供了进一步推动性能优化的可能。通过计算不同系统参数（如空间频率、视场和表面间距离）对系统性能的影响，工程师们能精准识别设计中的优势方向，进而调整光学系统参数，如优化设计以提高在特定温度条件下的MTF（调制传递函数）性能，减小结构变形对光学性能的负面影响。

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