本例的目的是研究智能手機(jī)Camera系統(tǒng)的雜散光。雜散光是指光向相機(jī)傳感器不需要的散光光或鏡面光,，是在光學(xué)設(shè)計(jì)中無意產(chǎn)生的,，會(huì)降低相機(jī)系統(tǒng)的光學(xué)性能。

在本例中,，光學(xué)透鏡系統(tǒng)使用Ansys Zemax OpticStudio (ZOS)進(jìn)行設(shè)計(jì),，并使用新的“Zemax Importer”工具一鍵導(dǎo)入鏡頭系統(tǒng)到Speos中進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)雜散光分析。所使用的光學(xué)機(jī)械參數(shù)和透鏡邊緣可以在CAD平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì),，然后在Ansys Speos中進(jìn)行修改,。這個(gè)例子主要涵蓋了整個(gè)工作流程中的Speos部分,，介紹了雜散光分析的概念,，并演示了Speos的功能：Zemax Importer工具, light expert (LXP)光線追跡和序列檢測雜散光,。

操作流程概述

上圖是使用Ansys工具分析相機(jī)系統(tǒng)雜散光的典型工作流程,。工作流程可分為四個(gè)部分:1. 使用“Zemax Importer”工具導(dǎo)入ZOS鏡頭設(shè)計(jì)到Speos,。2. 檢測所有可能的關(guān)鍵太陽位置和整個(gè)系統(tǒng)的光泄漏,。3.相機(jī)視場內(nèi)四個(gè)外環(huán)境太陽位置的雜散光模擬(可選),。4. 分析雜散光路徑序列,，對外環(huán)境太陽位置的雜散光進(jìn)行抑制,。

第一步：使用“Zemax Importer”工具導(dǎo)入OS鏡頭設(shè)計(jì)到Speos

使用“Zemax導(dǎo)入工具”導(dǎo)入ZOS鏡頭設(shè)計(jì)到Speos,。在這里，使用ZOS設(shè)計(jì)的高效手機(jī)相機(jī)鏡頭系統(tǒng),，通過使用Zemax importer工具可以讀取ZOS透鏡數(shù)據(jù)參數(shù),，并根據(jù)它們的數(shù)學(xué)表示自動(dòng)重建每個(gè)透鏡，作為基于CAD的Speos透鏡特性幾何數(shù)據(jù),，并訪問所有透鏡參數(shù),。此外，該工具將ZOS材料轉(zhuǎn)換為Speos材料格式,，并將光學(xué)特性應(yīng)用到透鏡上,。該成像過程使用一個(gè)照度傳感器。所有幾何圖形的參考點(diǎn),、原點(diǎn)和照度傳感器對應(yīng)于圖像平面的位置,。然后將鏡頭系統(tǒng)添加到光學(xué)機(jī)械部分(灰色)和鏡頭邊緣(黃色)。

1. 在Speos仿真界面,，點(diǎn)擊Zemax import工具,，然后選擇*.ZMX的Zemax鏡頭設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，工具會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換Zemax的鏡頭數(shù)據(jù)參數(shù)、材料和能量接收器信息,，并將其轉(zhuǎn)換為Speos功能數(shù)據(jù),。

2. 為了清晰顯示鏡頭系統(tǒng)，可以以不同的顏色顯示不同的鏡頭數(shù),。

3. 定義環(huán)境太陽光源入光到鏡頭系統(tǒng)中,，并在direct simulation選擇source、geometry,、sensor運(yùn)算仿真,，激活light expert為true，并在sensor中勾選LXP選項(xiàng),。

第二步：檢測所有可能的關(guān)鍵太陽位置和整個(gè)系統(tǒng)的光泄漏

使用光線逆向追蹤模擬方法在一個(gè)direct模擬中研究所有可能的臨界太陽位置,。這是一種逆向追跡方法，從成像sensor發(fā)送光線通過相機(jī)系統(tǒng)到天空,。通過這種方法,，還可以檢測機(jī)械系統(tǒng)中的漏光。Speos光線跟蹤算法考慮了所有幾何形狀的所有材料行為,。此外,，將根據(jù)相機(jī)視場內(nèi)外的臨界和光線路徑對這些區(qū)域進(jìn)行分類。相機(jī)視場內(nèi)的光源可以在鏡頭表面經(jīng)歷多次二次反光,，導(dǎo)致鬼反光，鏡頭光暈在成像儀上,。視場外的光源會(huì)對機(jī)械和光學(xué)零件造成雜散光散光,。通過利用Speos LXP功能，可以在強(qiáng)度結(jié)果上可視化和導(dǎo)出這些特定區(qū)域的光線路徑,。

  對于本例,，假設(shè)相機(jī)系統(tǒng)水平對稱。因此,，將強(qiáng)度傳感器作為半球體放置在系統(tǒng)的頂部,。使用LXP功能，可以選擇任意區(qū)域并顯示光線傳播路徑,。

第三步：視場內(nèi)四個(gè)太陽位置的雜散光模擬

在這一步中,，運(yùn)行了一個(gè)完整的系統(tǒng)雜散光模擬在相機(jī)視場內(nèi)的四個(gè)不同的太陽位置(從0°到15°)。模擬使用Speos GPU運(yùn)行,，得到完整的相機(jī)系統(tǒng)在相機(jī)成像sensor上的雜散光結(jié)果為四個(gè)太陽位置分別的成像效果,。

第四步：分析雜散光路徑序列，對一個(gè)太陽位置的雜散光進(jìn)行抑制

在第4步中,，將通過利用Speos LXP和“序列檢測”功能,，識(shí)別最關(guān)鍵的光線路徑序列(根據(jù)傳感器的照度)和導(dǎo)致5°太陽位置的成像儀上雜散光的物體相互作用。此外,，將展示如何解決明亮的鬼像,。

1. 顯示5°太陽位置成像結(jié)果,，打開xmp，點(diǎn)擊measure,，選擇雜光區(qū)域,，并顯示其數(shù)據(jù)結(jié)果。 

2. 在XMP結(jié)果中,，點(diǎn)擊tools工具,，sequence detection得到序列分層光線結(jié)果，得到序列層以發(fā)現(xiàn)從層1到層20的光線路徑序列,，這些序列是根據(jù)能量到達(dá)傳感器的順序排列的,。

3. 舉例分析，序列20的光線沿著從光源發(fā)出的直接順序路徑,。穿過前四個(gè)透鏡,，直到它們被鏡面反光到物體10的正面。單擊對象10以突出顯示3D視圖中的幾何圖形,。

4. 同樣的工作流程可以應(yīng)用于結(jié)果中的其他區(qū)域,，以識(shí)別導(dǎo)致雜散光的元素。

5. 一旦對系統(tǒng)進(jìn)行了分析,，就可以與設(shè)計(jì)和機(jī)械團(tuán)隊(duì)討論不同光學(xué)元件對雜散光的影響,。光學(xué)拋光表面的菲涅耳反光和透光率分別為4%和96%。通過改變表面的透光率,，可以控制鏡面雜散光,。AR涂層減少了光學(xué)系統(tǒng)中的反光。通過在物體10的正面應(yīng)用AR涂層作為面光學(xué)特性(FOP),，可以消除鬼像點(diǎn),。

重要參數(shù)設(shè)置

meshing網(wǎng)格設(shè)置是獲得正確仿真結(jié)果的關(guān)鍵。它們定義了將被模擬的幾何圖形的質(zhì)量,。網(wǎng)格可以得到更好的結(jié)果,，但也需要更長的模擬時(shí)間。粗糙的網(wǎng)格會(huì)導(dǎo)致較差的結(jié)果,，特別是對于精密的光學(xué)元件,。網(wǎng)格設(shè)置成與機(jī)身尺寸成比例，并在所有光學(xué)元件上應(yīng)用了精細(xì)的局部網(wǎng)格,。關(guān)于網(wǎng)格設(shè)置的更多細(xì)節(jié)可以Speos user guide在meshing中找到,。

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