SPEOS—光学产品设计及仿真工具

SPEOS是ANSYS公司功能强大的光学仿真软件，用于光学设计、环境与视觉模拟、成像仿真等，强大的解决方案提供了可视化光学系统和直观的人机交互平台，其仿真技术已广泛用于汽车、电子电器、精密仪器、照明设备等领域。SPEOS软件内嵌ISO和CIE国际标准，可整合结构进行光机系统的设计，依据人眼视觉特征和材料真实光学属性进行场景仿真，能够在产品设计阶段对方案的可行性进行验证，在设计前期发现、反馈和处理问题，使光学设计以快捷、超同步、易优化的形式实现理想的产品解决方案。

产品介绍

SPEOS的典型应用包括汽车内部视觉环境人机工效模拟分析、汽车内外饰灯具设计及模拟分析、车载成像系统虚拟验证、HUD设计及仿真分析等。

汽车内部视觉环境人机工效模拟分析

汽车运行的时间、地域、天气状况都较为复杂，因此汽车内部广泛存在各种光学干扰，比如阳光照射在显示屏或者饰条饰件上产生的反射眩光、阳光照射在仪表盘产生的大面积的泛白、日间或者夜间的成像反射、夜间显示屏在主要视野区域形成的倒影等。通过SPEOS软件，可以在设计之初对可能存在的隐患进行光学模拟，并给出人眼视觉模拟结果，在产品研发早期找出可能存在的隐患并进行有效更正。
图1 整车人机工效人眼视觉模拟结果

汽车内外饰灯具设计及模拟分析

SPEOS可以覆盖汽车内外饰灯具从设计到仿真模拟的全过程。在设计方面，SPEOS拥有强大的光学器件设计功能，能够进行汽车内外饰灯具光学结构的快速参数化设计及修改，SPEOS支持的设计类型可以涵盖车灯设计领域的各种基础光学器件。
图2 SPEOS支持的光学设计类型

基于三维结构模型和材料真实物理属性，SPEOS可以定性/定量地进行灯具的配光分析、法律法规验证、照度模拟分析、路面照度分析、点亮/不点亮效果模拟、设计和谐性验证等。
图3 外部灯具仿真模拟结果

图4 氛围灯人眼视觉模拟和谐性验证

车载成像系统虚拟验证
SPEOS可以通过数字化建模为摄像头、激光雷达传感器等提供测试环境，快速直观地将驾驶环境中摄像头、激光雷达的成像结果模拟出来。结合CAD平台，可以根据摄像头和激光雷达的三维造型、物理属性、约束条件，仿真传感器系统采集的数据，用于验证摄像头和激光雷达结构对成像的影响，探测器晶片对成像质量的影响，如CCD的光谱敏感性、动态范围、白平衡、像素大小与分布等对摄像头成像产生的影响，可以在早期设计阶段方便地评估不同设计方案在感知性能方面的区别。

图5 SPEOS成像仿真流程及仿真结果

HUD设计及仿真分析
SPEOS中的HUD光学设计功能可以进行HUD光路设计，根据用户定义的标准和输入，优化反射镜和组合器的光学形状，以提供更佳的成像质量。整个设计过程和CAD平台无缝结合，不需要在设计过程中导入导出数据。

SPEOS中的HUD仿真功能可以仿真DLP经过光路投射到前挡风玻璃的成像效果，根据HUD和挡风玻璃光学属性、构型、相对位置等考虑人眼视觉，分析重影等问题，验证并优化光路中膜片对重影的改善效果。
图6 HUD仿真分析结果

应用&案例

SPEOS的典型用户包括上汽、广汽、北汽、PATAC、吉利、一汽、东风等OEM的整车集成部门/总布置部门/电子电器部门，以及华域、马瑞利、Valeo等汽车电子电器/车灯供应商。