切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 1150阅读
    • 0回复

    [分享]Ansys Zemax | 设计抬头显示器时要使用哪些工具 – 第三部分 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线ueotek
     
    发帖
    179
    光币
    446
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-18
    本文为使用OpticStudio工具设计优化HUD抬头显示器系统的第三部分,主要包含演示了如何使用OpticStudio非序列模式工具正向分析HUD系统的性能以及后续可能的扩展分析。 "AZ|u#0P  
    8HFCmY#  
    上两篇文章中(第一部分点此查看 ,第二部分点此查看 ),我们主要介绍了如何以逆向方式对于HUD系统进行建模,以及根据分析系统的初始性能,并结合具体设计指标了解如何对系统进行控制与优化。本篇文章将主要结合OpticStudio非序列模式功能进行正向HUD系统性能的整体评估。(联系我们获取文章附件) (~eS$8>.  
    zBl L98  
    最终步骤:从显示器到虚像(正向) > SLQW  
    :o' |%JE  
    翻转系统 E a&NJ]& g  
    翻转系统不是直接一步到位的。镜头数据编辑器中的元件翻转工具有一些限制,HUD系统肯定会破坏这些限制,因为该系统包含坐标间断和非标准表面。 6`7tTn?n  
    .CnZMw{'  
    }ymW};W  
    rH!sImz,  
    棘手的部分是Z轴是“翻转的”。对于像HUD这样的非对称系统,该工具无法正常工作。 -yB}(69  
    A"ATtid  
    v@|<.  
    F{;#\Ob  
    另一种解决方案如下所述: ~CT]&({  
    •在镜头数据编辑器中,选择Make Double Pass工具: qF4tjza;k  
    jan}}7Dly  
    r}&&e BY f  
    o S=!6h  
    < #ON  
    eM_;rMCr}  
    该系统在表面12上包含一个反射面,该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 6FNGyvBU  
    LT<2 n.S  
    •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径,将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”,然后将“STOP”表面设置为表面24。 { PX&#,_  
    <zR{'7L/  
    L~- /'+  
    r) x  
    •系统需要整理:删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面;从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除,表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 ,\J 8(,%L  
    uDie205  
    •表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示: jhm/ <=  
    IK\~0L;ozE  
    a51e~mg Z`  
    2L1y4nnbwo  
    72d|Jbd  
    !Ztqh Xr  
    •现在,视场数据编辑器中的视场必须重新定义为LCD视场尺寸: aaig1#a@1b  
    z'm}p  
    !h4T3sO  
    o[cOL^Xd1  
    系统性能 f]8MdYX(  
    •光斑尺寸(模糊):可以在Afocal image Space中检查图像清晰度,STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸,它的直径是4毫米。 y62f{ks_/  
    s-#EV  
    e?.j8 Q ~  
    >2znn&g Z  
    光斑的模糊低于2’,1’大约是人眼的分辨率。 =}#yi<Lt  
    salC4z3  
    •图像模拟:HUD将对车辆的速度进行成像。图像模拟工具可以让用户了解HUD系统图像质量: ekvs3a^  
    0TmEa59P  
    .qSDe+A  
    3A!a7]fW  
    PP$sdmo  
    n"htx|v  
    Z?{\34lPj  
    y017 B<Ou  
    •发散/会聚(双目视差):驾驶员的双眼将通过光学系统观看虚像。每只眼睛看到同一图像点的方向之间通常有一个很小的角度差异。垂直(上/下)角度差被称为双会聚。水平(左/右)角度差称为收敛。可以使用结果文件“HUD_Step1_MF_after_optim_2_eyes.zar”进行检查。瞳孔直径为4mm,瞳孔间距设置为50mm。对于视觉系统,这些值的典型极限在1.0 mrad的数量级上,因此系统在该极限范围内。 ksC_F8Q+  
    DLrV{8%W  
    步骤3:非序列模式 oj djy#:  
    U0_)J1Yp  
    直接转换为NSC组(非序列组) 9s^$tgH  
    系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。  9!jPZn  
    ;|WUbc6&g  
    初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” iSCkV2  
    AB'+6QU9k  
    OpticStudio有一个内置工具“转换为NSC组”,可以将序列表面转换为非序列元件;或者将整个序列系统转换为非序列系统。转换反射镜时,如果基板厚度大于0,则会将反射镜转换为复合透镜物体,其厚度等于反射镜基板厚度。因此,在这个文件中,我们将反射镜4、6、8和11的厚度设置为5毫米。该文件现在已准备好进行转换。 M!J7Vj?Ps  
    aDdGhB  
    D6Ad "|Z  
    D!~ Y"4<  
    RqTO3Kf  
    ML_VD*t9  
    一旦转换了文件,就需要进行一些整理。下面的列表说明了不同的步骤。最后的非序列文件可以在文章的顶部下载:   m`-);y  
    Qb^G1#r@C  
    “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” @ !P2f   
    •在全局坐标系中定义所有的物体: w w^\_KGu7  
    M M@,J<  
    Xj\ToO  
    @wcF#?J  
    •只保留一个光源:以视场1为中心,第4行的椭圆光源。删除所有其它光源(第1行至第3行和第5行至第12行)。将该光源更改为“矩形光源”,其宽度为±12.5mm,尺寸为±5mm。将布局光线的数量设置为10: `MVqd16Y  
    s$Y>nH~T  
    pJ] Ix *M  
    rw'+2\  
    •逆追迹光线: GM6, LzH  
    1Z}5ykM3  
    +]%S}<R  
    KrpIH6  
    •删除在序列模式中对翻转系统有用的表面2以及表面3。删除所有空物体。 (  zo7h  
    •删除平面反射镜:在非序列模式下只需要一个平面反射镜(删除第10-14行)。 5*$yY-A  
    •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 xG/Q%A  
    •将Eyebox(第15行)更改为Detector Color(检测器颜色),并添加约为-8度的Tilt(倾斜)X。速度将显示在Detector Color的底部。眼盒尺寸为X半宽=50mm,Y半宽=20mm。将X中的像素数设置为400,将Y中的像素数目设置为200。此外,Detector Color半角设置为X 20度和Y 10度,并且添加了180度的倾斜Y和倾斜Z,使得最终图像在右方向上显示。 LDjtkD.r  
    5?-HQoT)G  
    M- ^I!C  
    &'z_:Wm  
    •将检测器25更改为矩形光源,并将注释更改为“虚像”。添加-8度的“倾斜X”,并将“Y位置”更改为275 mm,以使其位于探测器的中心。 zTg\\z;  
    20条布局光线,X半宽=1000mm,Y半宽=500mm,光源距离=2000,翻转光线。 AT"gRCU$4  
    3s%?)z  
    }Z"iW/?"  
    FW|& iS$  
    •删除所有其他探测器(16至24)。 P1mg;!tq  
    在这一点上,来自LCD窗口的布局光线似乎与风挡玻璃没有相互作用。风挡玻璃是一个布尔原生对象:它是矩形体积和由2个扩展多项式曲面组成的复合透镜。 iqDyE*a  
    要了解发生了什么,让我们通过取消勾选“Do Not Draw Object”选项卡中的“不绘制对象”选项来绘制矩形体积: OBAO(Ke  
    <K[y~9u  
    U>PZ3  
    *C*ZmC5  
    三维布局显示“光源”位于矩形体积内,矩形体积是布尔体的父对象之一。在这种情况下,需要启用Source的Inside Of f标识才能指向布尔对象。还需要在NSCE(非序列数据编辑器)中的布尔物体之后定义光源,以便内部能正常工作。 |C4fg6XDL  
    IIR+qJ__|  
    }93kHO{  
    *9j'@2!M  
    •在第1行剪切矩形光源物体,并将其复制到风挡玻璃下方。更改Inside Of flag。现在光线在风挡玻璃上散射了。 )s $]+HQs  
    cdMSC7l!  
    /w?e(v<  
    {zb'Z Yz  
    •添加一个幻灯片物体作为LCD显示屏上显示速度的源图像,并将其放在LCD光源的前面。将“X全宽”设置为26 mm,将“纵横比”设置为1.0。 *kLFs|U  
    FHOw ]"#  
    $f =`fPo  
    !zE{`H a~  
    •虚拟图像处的矩形光源(物体#17)将用于模拟建立太阳光照射。添加一个幻灯片物体以表示司机看到的背景场景(Object Properties >Sources> Raytrace> Reverse Rays,以便光线向探测器发射)。将“幻灯片X全宽”设置为2000 mm,将“纵横比”设置为1.0。 ; JkSZs3  
    y74Q(  
    WN'AQ~qA  
    40kAGs>_  
    •在第17行设置矩形光源的光谱,以匹配太阳光谱。 z0 9Gp}^;  
    1 (<n^\J(  
    6^b)Q(Edut  
    H a!,9{T  
    •光源14(LCD显示器):功率=1W,分析射线数=1E6 (]#^q8)]\9  
    •光源17(照明背景):功率=10W,分析射线数=1E7 O)dnr8*  
    wp?:@XM  
    整理后,NSC实体模型中的最终系统如下所示。 S8#0Vo$)a  
    -$Fj-pO\  
    v}$Q   
    $Z G&d  
    结论 At.& $ t  
    , /.@([C  
    可以使用Detector Viewer显示驾驶员看到的模拟图像。首先单击 Analyze > Ray Trace 执行光线追迹,然后设置“光线追迹控制”,如下所示。然后通过单击 Analyze > Detector Viewer 来查看探测器查看器。在“设置”菜单下,设置“显示为:真彩色”和“显示数据:角度空间”。角度空间是序列非无焦像空间设置的非序列同等形式设置。这里使用它是因为人眼模型没有在这个系统中建模。 !PA:#]J  
    Jh\KVmfXN  
    pQa51nc  
    MLdwf}[  
    探测器查看器现在以真彩色显示驾驶员将使用设计的HUD系统看到的内容: =z# trQ{  
    9kD#'BxC  
    +M=h+3hw](  
    >+%#m'Y&&  
    除此之外 UXct+l  
    UdO8KD#r3  
    在非序列模式下,用户可以执行其他分析,例如Straylight Analysis(杂散光分析),或由驾驶员头部移动引起的图像观察亮度变化等。
     
    分享到