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在本例中，我們介紹了一個仿真工作流程，用于在具有不同照明條件的特定環境中，從光學系統和CMOS成像器的組合中分析相機系統的圖像質量。此示例主要涵蓋整個工作流程中的Ansys Speos部分。該光學系統采用Ansys Zemax OpticStudio設計，并導出到Ansys Speos進行系統級分析。CMOS成像器采用Ansys Lumerical設計，并導出至Ansys Speos。

其中Ansys Speos作為系統級仿真核心工具，可實現多軟件數據無縫對接、三維環境光學仿真、人眼視覺感知評估，為車載AR HUD光學性能優化、成像質量校驗、雜散光抑制提供專業仿真支撐。本文基于Ansys官方衍射波導AR風擋HUD仿真案例，全面解析Speos在AR HUD研發中的應用價值、仿真流程、核心參數及結果分析，為車載光學行業研發人員提供參考。

車載成像系統虛擬驗證 SPEOS可以通過數字化建模為攝像頭、激光雷達傳感器等提供測試環境，快速直觀地將駕駛環境中攝像頭、激光雷達的成像結果模擬出來。

圖3 外部燈具仿真模擬結果 圖4 氛圍燈人眼視覺模擬和諧性驗證- 車載成像系統虛擬驗證SPEOS可以通過數字化建模為攝像頭、激光雷達傳感器等提供測試環境，快速直觀地將駕駛環境中攝像頭、激光雷達的成像結果模擬出來。

Ansys 光學解決方案可以幫助客戶完成從光學設計到光學系統仿真的全套工作流。我們在 Ansys Speos 2023R2 中推出的 Speos Sensor System （SSS）將會進一步的包含 CMOS 傳感器的仿真功能，用戶可以選擇使用 SSS 自帶傳感器模型，或使用Lumerical 仿真傳感器響應并導入 SSS 來實現由光致電最后到圖像文件輸出的仿真功能。

在這里，使用ZOS設計的高效手機相機鏡頭系統，通過使用Zemax importer工具可以讀取ZOS透鏡數據參數，并根據它們的數學表示自動重建每個透鏡，作為基于CAD的Speos透鏡特性幾何數據，并訪問所有透鏡參數。此外，該工具將ZOS材料轉換為Speos材料格式，并將光學特性應用到透鏡上。該成像過程使用一個照度傳感器。所有幾何圖形的參考點、原點和照度傳感器對應于圖像平面的位置。

概述在供應商和OEM之間，有兩種類型的黑盒模型可以從Ansys Zemax OpticStudio轉移到Ansys Speos：第一種是用于相機傳感器仿真的光學降階模型，這種方法不轉移光學系統本身，而是使用降階模型，這個模型考慮了光通過光學系統的主要路徑。

導入、設計和優化傳感器仿真的新工具 新版本還提供一系列幫助工程師仿真傳感器的改進功能，功能的升級將幫助工程師快速評估和驗證自動駕駛汽車（AV）和高級駕駛輔助系統（ADAS）。

Ansys Speos 是 Ansys 公司推出的一款功能強大的光學仿真軟件。主要用于光學設計、環境與視覺模擬、成像仿真等領域。

在第二步Speos中使用光學參數構建手腕結構，需要準備智能手環和人體手腕模型，并在Ansys Speos中設置光學模擬。人類手腕的生物結構和每個生物層的光學特性都是根據Zemax知識庫文章中介紹的建立的。LED光源可以建模為朗伯表面光源。為了簡化分析，將其輸出功率歸一化為1w。光譜以525納米為中心，這是心率監測儀最常用的波長。將光學傳感器簡化為輻照度傳感器。

與Ansys SPEOS結合使用時，工程師可以仿真整個攝像頭系統，把CMOS圖像傳感器攝像頭設計提升到新的水平。這有助于用戶探索CMOS圖像傳感器微觀效應、宏觀透鏡和電子子系統之間的復雜相互作用。由于其能夠預測照明性能，SPEOS可幫助工程師為攝像頭記錄的最終成像構建準確視圖。

Ansys Speos：2026 R1新功能主要在效率，傳感器/自動駕駛，結果體驗，光學設計等方面有提升；Ansys Lumerical：重點展示利用核心升級，在光通信、半導體及高科技領域實現仿真驅動的工藝決策，大幅減少試錯成本，提升工程效率；Ansys Zemax：新版本為光學設計、跨產品協同及工程效率帶來全面升級。

由于Speos的直接建模功能，光機械部件可以從外部CAD工具導入或在Speos中本地設計。2.定義成像系統的lightbox和physics camera sensor物理相機傳感器的參考軸系統。1)設置物理攝像頭傳感器生成一個Lightbox燈箱（包含與相機系統、鏡頭和光學機械部件相關的所有幾何形狀）。

Ansys Speos 是 Ansys 公司推出的一款功能強大的光學仿真軟件。主要用于光學設計、環境與視覺模擬、成像仿真等領域。

得益于這些優勢，超透鏡有望在許多應用中替代傳統折射透鏡，包括增強現實眼鏡中的投影系統，用于內窺鏡的纖薄緊湊型雙向成像/投影透鏡，以及手機和無人機中的成像攝像頭。Ansys Lumerical FDTD軟件中的超透鏡仿真。元原子顯示為外凸的柱狀結構，其尺寸和位置各不相同光子集成電路的光柵耦合器另一個領域是共封裝光學，這是由光學元件和封裝基板上的硅組成的集成系統。

傳感器/自動駕駛——更好地模擬光學傳感器 1 光學傳感器模擬中的動態效果 攝像機的動態效果仿真，主要用于解決在光學傳感器模擬和完整采集鏈建模的背景下對場景動力學日益增長的需求。

在Speos中，運行了光線追跡光度模擬，探索光線如何與基于波導的AR系統相互作用，并從亮度圖中提取關鍵的人眼感知指標。此外，使用observer傳感器從幾個定義的角度對光學系統進行可視化，探索人眼在多個視點的真實照明條件下的感知。

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■ 利用Ansys平臺連接Ansys SPEOS及其他旗艦類求解器，可進行實驗設計 (DOE)，設計優化和多物理場分析（例如光熱與光學機械）。 Ansys SPEOS特點Ansys SPEOS是全球唯一的與主流CAD軟件平臺結合的光學模擬分析軟件, 也是全球唯一可依據人眼視覺特征和材料真實光學屬性進行仿真的專業軟件。

結束語 本示例采用一個相對簡單的光學結構，描述了一種基于Ansys OpticStudio與Speos完成3片式LCD投影儀的設計與仿真方法。在成像與非成像設計的工作流中，充分發揮Ansys光學產品線的優勢，可以快速實現整體光學性能的評估。