本文該系列文章將討論智能手機鏡頭模組設計的挑戰，涵蓋了從概念、設計到制造和結構變形的分析。本文是四部分系列的第二部分，介紹了在 Ansys Speos 環境中編輯光學元件以及在整合機械組件后分析系統。案例研究對象是一家全球運營制造商的智能手機鏡頭系統，該系統由五個鏡頭、一個蓋板玻璃和一個紅外濾光片組成。主要目的是用復雜的邊緣擴展這些鏡頭，以便它們可以安裝在機械支架中。

介紹

在 Ansys Zemax OpticStudio （Zemax） 中優化光學系統后，可以在 Ansys Speos （Speos） 中進一步分析光學設計，并且可以在 Creo Parametric 9 （Creo） 中完成機械建模。在進行轉換之前，請確保將圖像表面設置為全局坐標參考，這有助于在 Speos 中輕松對齊最終系統。

圖 1.Zemax 中的鏡頭組裝

當光學系統轉換為 .ODX 文件與“Export Optical System to Speos”一起，該工具會自動將鏡頭位置及其特性從序列/非序列格式轉換為適合打開 Speos 的光學設計交換文件。

鏡頭組件安裝在機械鏡筒內，需要稍微調整長度。Creo 等 CAD 軟件是修改機械外殼設計的首選軟件，而 Speos 則處理復雜的鏡頭邊緣修改。要啟動此過程，請使用文件菜單中的“導出 CAD 文件”工具從 Zemax 導出 STEP 文件。

修改機械桶尺寸

可以在 Creo 中打開需要修改其尺寸的給定機械桶。STEP 最初使用“裝配”（assemble） 選項卡導入到 Creo 環境中，然后是其他機械零件。

圖 2.Creo 中的光機裝配

機械筒體是通過繪制草圖并圍繞橫梁軸旋轉設計來創建的。要修改長度，需要重新設計草圖，如圖 3 所示。高亮顯示的綠色區域顯示修改后的繪圖。

圖 3.機械槍管改裝

將其余的機械部件（例如擋板）添加到設計中，并添加合適的顏色以區分最終設計中的組件。

圖 4.修改后的設計

然后將 CAD 模型保存為裝配文件，復雜的鏡頭設計和進一步分析可以在 Speos 中完成。

使用 Speos 進行復雜的鏡片邊緣建模

首先，使用 .ODX 導入工具位于 Speos 界面的 Light Simulation 選項卡中。

圖 5.將修改后的設計導入 Speos

相機鏡頭組件包含多個鏡頭，編號如下。一些鏡頭邊緣需要使用 Speos 重新設計成復雜的形狀。

零件清單：

• 紅外濾光片 （A）
• 鏡頭 （B）
• 鏡頭 （C）
• 鏡頭 （D）
• 鏡頭 （E）
• 鏡頭 （F）
• 蓋玻片 （G）

圖 6.相機鏡頭組件

加長鏡片邊緣的幾何要求是將鏡片保持在機械擋板環和主鏡筒之間。

• 免責聲明：出于顯示目的，紅外濾光片 （A） 和蓋玻片 （G） 保留在鏡筒組件內。在實際應用中，這兩個組件很可能與鏡頭不在同一光學機械子組件中。

添加復雜的鏡頭邊緣

通過在父鏡頭上繪制新設計并圍繞鏡頭的光軸旋轉草圖，可以創建復雜的鏡頭邊緣。在 Speos 界面的草圖模式下，'線' 工具可用于創建復雜的設計。在繪制設計草圖時，需要考慮擋板環的空間。

圖 7.繪制復雜的鏡頭邊緣

當所有新透鏡邊緣的草圖完成后，設計將圍繞光軸旋轉以創建新的實體表面。如圖 8 所示，所有透鏡邊緣都形成一個單獨的固體表面。

圖 8.重新設計的鏡頭組件

下一步將父鏡頭邊緣和添加的鏡頭邊緣合并到一個鏡頭單元中。建議執行以下過程：

1. 要更新 .ODX 文件中，您可以使用剪切、復制和粘貼命令將新的實體表面（在圖 9 中突出顯示）移動到組件中。
2. 選擇需要組合的幾何體，然后使用 Speos Design 選項卡中的 'Combine' 對象工具。對其余鏡頭重復上述步驟。該設計如圖 9 所示。A 顯示了 .ODX 文件已修改。在圖 9.B 中，顯示了一個錯誤。
3. 圖 9.A： 新鏡頭部件與母鏡頭的組合， B 組合設計
4. 發生此錯誤可能是由于對 .ODX 文件。當我們修改鏡頭邊緣時，其他繪圖元素會創建與每個邊緣段對應的新面。現在，單擊修改后的鏡頭會顯示一個畫筆圖標，并且會出現一個對話框，顯示新添加的鏡頭面（如圖 10 所示）。要修復錯誤并完成復雜的透鏡邊緣設計，只需將這些新透鏡零件移動到特征樹中的原始透鏡邊緣面即可。對所有修改后的鏡頭重復此過程。

圖 10.將新的鏡頭邊緣排列到特征樹中

結論

本文演示了 Zemax 和 Speos 之間的光學設計交換工作流程，并展示了使用 Speos 設計復雜的智能手機鏡頭邊緣的案例。

本系列的下一篇文章：Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析，將深入探討使用 Star Module 和 ZOS-API 進行停止分析。