Speos 作為分析抬頭顯示器性能的絕佳工具，一旦系統在 OpticStudio 中完成設計，我們可以將系統整體作為 STEP 文件導入至 Speos 當中。系統性能可以通過 HOA 工具（HUD 光學分析）進行計算。注意，該工具需要使用 Speos HUD Design and Analysis 插件以及旗艦版或企業版授權。

1、HUD 簡介

本文中使用的 HUD 系統及以下文章中設計得到的：選自于Zemax 知識庫文章在設計抬頭顯示器(HUD)時需要使用哪些工具？

以下內容展示了 HUD 系統的總結以及特性。

2、準備 OpticStudio 序列模式文件

如果需要將 OpticStudio 序列設計導入至 Speos 中，我們需要添加：

在物面上添加對應的矩形孔徑，當前物面為 HUD 的虛像面。矩形孔徑將展示視場的尺寸。

在 PGU 上設置對應矩形孔徑。

打開文件：“HUD_Step1_MF_after_optim.zar”。
打開物面的表面屬性設置，添加對應的矩形孔徑。

打開像面的表面屬性設置，添加如下矩形孔徑：

Horizontal size = 28mm (X-half Width = 14 mm)
Vertical size = 28mm (Y-half Width = 14 mm)

含有孔徑設置的文件已經添加至本文章附件中，名為：

HUD_Step1_MF_after_optim_apertures.zar

源文件中反射鏡的尺寸較小，我們需要在查看光跡圖結果之后對其尺寸進行修改。

自由曲面反射鏡：原尺寸以及新尺寸

折疊反射鏡：原尺寸以及新尺寸

3、導出 OpticStudio 作為 CAD 文件

OpticStudio 模型將轉換成為 CAD 文件并且導入至 Speos 中。

在導出成為 CAD 模型之前，查看當前系統的全局坐標參考表面，該表面將作為導出 CAD 的坐標原點。

在 OpticStudio 中，將設計導出成為 CAD 文件：

為了將所有表面可用于 SPEOS 中，需要勾選以下 “導出虛擬表面” 選項，并且將虛擬表面厚度設置為 1。我們也可以設置導出光線的選項，為后續對比提供一些參考。

4、檢查 CAD 精度

在轉移至 Speos 之前，我們需要在 OpticStudio 中執行對比，檢查使用內置表面的 OpticStudio 模型與 CAD 模型代表的系統性能的對比情況。可以在文章附件中找到對應文件，文件內包含兩個結構：

HUD_Step1_MF_after_optim_CAD.zar

結構 1 作為內置表面模型

結構 2 包含非序列元件表面，其中包含 CAD 導出的模型

我們可以使用結構矩陣點列圖分析直接對比兩個結構的性能結果。在對比文件中，STOP 尺寸被設置為 4 mm 直徑用于模擬眼睛的瞳孔。

對比結果顯示，導出的 STEP 文件可以很好地對應我們的 HUD 系統設計。

5、將 CAD 文件導入 Speos

在打開 Speos 后，在如下位置點擊導入設置：

File…Speos Options…File Options…General

然后打開 CAD 文件：

在 Speos 中打開 CAD 文件后結構如下所示，與 OpticStudio 的鏡頭數據編輯器對比，對應元件的名稱為對應行列中的名稱：

6、針對 OpticStudio 用戶的 Speos瀏覽操作

在 Speos 中與元件進行交互將不同于在 OpticStudio 一樣，但我們可以對于 Speos 中的瀏覽操作進行定制化設置，使其與 OpticStudio 中的方式類似。以下的一些操作可能對于本文中的示例有所幫助：

操作	介紹	OpticStudio	Speos
旋轉	旋轉視圖、物體或者物體組	按住鼠標左鍵 ??	按住鼠標右鍵
移動	上下左右移動視圖	按住鼠標中鍵	CTRL +按住鼠標中鍵
縮放	縮小和放大視圖	滾動鼠標中鍵	滾動鼠標中鍵

具體的 Speos 瀏覽操作設置可以在 Speos Getting Started guide 中找到，對于新用戶而言十分有幫助。

7、Speos 中的 HUD 光學分析 (HOA)

SPEOS 中的 HOA 允許用戶對于車載抬頭顯示系統中所成的虛像質量進行定量分析，分析工具將計算：

虛像的距離、駕駛員低頭角度、視場角

畸變、扭曲、放大率、旋轉、發散等

鬼影/雜散光

場曲、光斑尺寸、像散

指定汽車制造商對于硬件插件使用的光學指標定義以及接受標準

對預畸變圖像進行校正的扭曲數據，并且導入這部分扭曲信息

一旦 CAD 文件被導入 SPEOS 當中，HOA 可以在沒有定義任何光源和材料的情況下執行。HOA 工具的使用非常直觀，為了運行分析需要定義其中的每一項。

第一步需要定義的就是 HOA 里面的坐標軸情況。在 OpticStudio 中，Z 軸表示車輛方向且 Y 軸表示朝上的方向。

下一步需要設置對應眼盒、目標圖像、風擋、反射鏡和 PGU。對于每一項元件，我們都可以輸入其從 OpticStudio 中讀取的指標并且應用至對應元件上。我們也將 Speos 文件添加至了本文附件。

關于更多 Speos 相關的設置情況，您可以查看以下對應視頻（即將上線）。

8、扭曲情況

HOA 可以提供的一種輸出結果為扭曲 (Warping)。讓我們在兩個軟件中比較這個指標，以進行完整性檢查。Warping 可以看做是 PGU 上的一個網格，表示圖像是如何被光學系統扭曲的。

該 “變形的網格” 后續可被用作一個后期處理步驟，以糾正光學系統的像差。例如，PGU 顯示一個 “已預變形” 的圖像，從而為駕駛員提供一個較佳的目標圖像。

9、在 SPEOS 內的操作

在 HOA 分析中，扭曲 Warping 的設置如下所示：

上圖中，扭曲算法被設置為禁用。我們將需要該設置以插值最終圖像。執行 HOA 并檢查最終結果。

一旦執行，將在 SPEOS 輸出文件中對文件進行保存，其中將提供 PGU 的扭曲 Warping 像素結果。

10、在 OpticStudio 中的操作

在 OpticStudio 中我們可以在反向模型計算扭曲的情況（即 HUD 設計的步驟 1：從虛像面至顯示屏（逆向系統）中），我們可以采樣虛像面對應的視場光線并且計算最終視場光線將成像落在 PGU 上的坐標。OpticStudio 圖像模擬功能可以給我們提供可視化結果，全視場點列圖可以展示所有視場的光斑結果并提供數值結果，并且 2D 通用繪圖也可以作為不錯的結果輸出方式：

我們可以執行兩次分析，一次通過 CENX 操作數輸出對應視場質心的 X-坐標，另一次則通過 CENY 操作數輸出質心 Y-坐標。

OpticStudio 最終輸出結果像面上 (Surface 12) 的局部坐標，單位為 mm。SPEOS 所輸出的結果為基于像素的結果。

像素結果和坐標結果可以通過如下方式進行轉換：

Pixel_x = round((CENX + PGU_Xsize/2) * Pixel_x_size,0)

Pixel_y = round((CENY + PGU_Ysize/2) * Pixel_y_size,0)

11、結論

本文重點描述了如何將 OpticStudio 中的 HUD 設計轉換進入 Speos 中。Speos HOA 工具可以作為分析已設計得到的 HUD 系統并輸出全面報告的絕佳工具。

審核編輯：劉清