ANSYS SPEOS 2022 R1大更新，功能强到炸裂！

本文首发于订阅号：上海安世亚太

作者：刘琼，上海安世亚太光学工程师，光学工程硕士。

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ANSYS SPEOS每一个新版本都会带来在功能、操作、交互上的优化和改进， 特别是本次2022 R1 版本，在光学仿真速度和精度上有很大的提升，并增加了新功能。之前用户在使用过程中的一些建议在本次更新中也得到了相应的解决。 本文将从5个纬度，14个角度对新版本的功能进行详细描述。

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效率提高——加快设计周期

• 新文件格式Light Field

引入新的文件格式Light Field，实现光学系统内子结构的中间过程模拟结果的储存与分享。这种格式在一定程度上可以缩短模拟时间，让用户共享黑盒，从而提高性能和IP保护。

许多光学工程师在设计光导条时，往往会采用正向仿真的方式。由于光导齿的数目过多，需要巨大的光线数进行仿真，因此非常耗费时间。Light Field的出现将整个工作流进行了改进，解决了耗时的问题。与此同时在实际应用中，无论是局部光学件设计、整车造型外观视觉分析，还是整车内饰照明视觉效果分析，都可以采用这种模式，快速得到仿真结果。

下图为新旧两种方式的工作流和结果比较。

Light Field光场第二个重要功能是通过建立一个仿真可以用来转换仿真结果。从而解决ray file文件一直以来不能用于逆向仿真的问题。

• 表面光学属性plugin

表面光学属性可以提供更多的接口，主要有3个方向的表现：

1、自定义模型的新表面类型：允许新的解析曲面模型与允许第三方BSDF兼容；

2、.SOP文件包含新的模型插件，.json文件包含该模型所需的参数；

3、支持用C++或Python编写插件。

该功能可以将ANSYS SPEOS与Lumerical进行联合仿真，主要在于Lumerical将微结构的模型SOP文件导入SPEOS中进行显示效果的模拟。下图为Lumerical模拟多阶光栅的拟合数据生成SOP文件，通过SPEOS面属性的Plugin进行加载，得到最终的效果图。

• SPEOS参数管理

新版本对参数管理界面进行了完善，增加了OPD光学设计模块中的参数调取、发布与优化功能。提高了软件平台能力，节省了工程师的设计时间。下图为光导设计参数变量在Workbench平台下的联动。

• 预设管理

预设管理可以包含SPEOS对象的所有参数，比如光源，材料，探测器等等。在SPEOS项目中可以创建新的预设，也可以进行预设的应用，这能够有效减少重复性的设置工作。

• SPEOS增强

1、新版本对目录树进行了改进，增强了可读性。

用户可以创建子文件，也可对目录树进行分组和折叠，甚至可以利用拖放功能对分组进行重新排列。

2、链接列表更新

• FTG/LXP/Reverse位置进行调整，现在可以立即访问；

• 增加功能选择ALL/None：右击选中/取消选中，方便用户进行多项选择操作。

3、SPEOS Light Box可视化和温度场热源的可视化/性能增强

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设计增强——设计与创新

• TIR透镜——设计高效照明

SPEOS增加2个参数，以便更好地控制TIR透镜的扩散。Spread参数用来控制最大的传播角度；Spread control参数控制光线在光轴中的能量累积比例分布。工程师可以对这些参数进行微调处理，从而优化光束的均匀性，达到设计要求。

• Freeform 透镜——自动化设计，节省工程时间

Freeform透镜设计，在原来准直的基础上增加了扩散类型选择。扩散类型是指光束分布类型，可为均匀分布或者高斯分布。在选择好目标类型后，SPEOS会自动计算镜头的另一表面，以实现光学目标。

• Micro Optical Stripes微光学条纹——新设计方案

新增了Micro Optical Stripes微光学条纹，一种新型的光导管，条纹尺寸可为微米级别。该设计方案为设计人员提供了更多的设计思路，也为实现高亮度外观提供了更多的可行性。

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SPEOS GPU运算——提高光学模拟效率

• GPU 运算

新版本支持GPU计算，操作流程和传统的CPU计算类似。具体工作流：在SPEOS Tools界面点击GPU计算或者右击需要模拟的simulation选择GPU计算，显示仿真完成进度条和剩余时间，计算结束后在SPEOS树或output文件夹里可以查看结果。

本次变革极大提高了模拟性能（测试显示提高的倍率平均为140 x到260x），并且精度上没有损失。

• 实时预览增强

SPEOS支持人眼视觉查看器，在实时预览过程中可以实时查看产品的外观效果。人眼视觉查看器包含2种模式：Dynamic Adaptation2019，适用于大视场角的用例；Local Adaptation，适用于小视场角的用例。在执行Human Vision过程中不需要导出结果，其结果与HV-Lab相同。

4

传感器/自动驾驶——更好地模拟光学传感器

• 光学传感器模拟中的动态效果

摄像机的动态效果仿真，主要用于解决在光学传感器模拟和完整采集链建模的背景下对场景动力学日益增长的需求。

主要在以下三个方面进行改进：

1、积分时间：获取一行像素所需要的时间；

2、延迟时间：开始积分两行像素中的时间差；

3、定义行动轨迹。

基于上述参数输入，可以获取新型动态数据。

带有时间轴的相机传感器模拟允许模拟动态效果，如卷帘效应和运动模糊。模拟结果可以输入新的后处理算法，专门用于补偿这些影响。

5

ANSYS集成——加强与ANSYS 其他产品的互操作性

• 支持非均质材料

随着应用材料的多样性，在实际模拟需求中，有些光学材料的折射率是不均匀的，即在空间上变化。SPEOS中的.gradedmaterial通过描述折射率和吸收随空间位置的光谱变化来模拟非均匀材料。

• 多物理场——变形几何体的光学模拟

SPEOS可以与Ansys Mechanical进行联动互操作，模拟几何变形的影响，也可以模拟自动更新变形几何体的新的光学材质。在光学工作流程中包含机械仿真，以实现稳健设计。

• ANSYS Cloud

1、Ansys Cloud支持灵活的队列，方便地调整SPEOS模拟可用的内核数量；

2、Ansys云模拟完成后自动下载结果；

3、得益于新的HBv3队列，可更快地模拟。有960个可用内核，模拟速度比16核工作站快400倍。

关于ANSYS 软件 2022 R1版本的更多功能更新，请期待我们的后续文章～

ANSYS 2022 R1新功能

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