Ansys Speos在HUD杂光分析中的应用案例

概述

随着汽车智能座舱的普及，HUD的装车率也随之增加，未来也可能会成为车内座舱的标配。而HUD是一个由光学，机械，电子，软件组成的复杂的高科技产品，其所在的汽车座舱是很复杂的环境。我们需要对HUD进行诸如投影，杂散光，热，结构分析，以及驾驶员视角下的HUD显示效果。

杂散光说明

HUD主要是给驾驶员成像显示，所以杂散光尤其影响驾驶员的感知，严重的杂散光甚至会影响驾驶的安全。这样不仅没有带来HUD应有的价值，提升智能座舱的驾乘体验，还会带来不必要的危险。所以消除，减弱杂散光是非常必要的。在HUD系统内，我们按照杂散光来源分为内部杂散光和外部杂散光，其中内部杂散光多是由HUD的成相单元（PGU）的部分光线打到结构件上通过风挡玻璃反光进入到人眼引起，或者是漏光照射到风挡玻璃反光引起；外部杂散光则是由于太阳光照射引起，  一种照射到防尘罩引起反光，一种进入到HUD内部，在成像单元上形成太阳灼烧。

Speos分析杂散光

Speos是Ansys 公司旗下的一款专业的光学仿真分析工具，现在我们通过Speos的光路追迹功能实现HUD的杂散光分析。我们在做光路分析时，依据是光线可逆原则。

接下来我们以找寻外部杂散光为例，看一下具体的设定步骤：

a.定义材料，我们需要对参与的仿真的每个结构进行材料定义，对于HUD 仿真分析，我们定义用到的材料有：反射镜 : VOP-> Opaque & SOP -> mirror，周边结构件 :VOP -> Qpaque & SOP ->  library -> 黑色塑料，挡风玻璃 : VOP -> optic & SOP -> optical polished

b.光源定义， 在eyebox位置创建等大小平面，对该平面定义为一个面光源，因为只是为了找光路，所以光通量，光谱我们都可以自由定义，推荐单光谱。光型定义为郎勃，扩散角为60°（可以依据需要改变，非固定值）。

c.探测器定义， 为了捕捉到光路，我们需要创建一个光强探测器来生成光路，找寻外部入射光方向。因为是外部太阳光，所以只需要半球探测器即可。参数如图：

d.定义仿真，计算光学仿真。我们选择direct simulation，在对话内选择参与仿真的相关结构，光源以及探测器。然后输入10^6光线，LXP功能改成true。并且对LXP相关的sensor进行勾选。

e.结果查看，分析光路，打开.lpf结果, 设置level 的value值0.1，我们这是为了尽量看到更多的结果。

从图中我们可以看到，除了最上面白色的位置为正常光源，其他地方均为可以发生杂散光的入射角度。我们分析其中一部分来观察。点击measure，可以看到如下图：

结语

根据我们以上的分析，接下来我们就可以设置诸如挡板，或者改变防尘罩曲率来让按照这写入射角度的太阳光进入不到人眼，来达到消除杂散光的目的。对于内部的杂光分析，过程和外部是一样，只是变为更直接的分析，不需要先进行反向分析。

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