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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。 1\y@E ^zg acn 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） /9Z!p ?~Pv3'%d 最终步骤：从显示器到虚像(正向) NCn` }QP 68 p R: 翻转系统 ]
op to 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。 O>%$q8x@i 9n " V\e_R  eIJ[0c b} ioWo ] 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。 modC6d% $it @>L8  e^8BV;+c ke\[wa_!6b 另一种解决方案如下所述： 7E\g
&R. •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： @D]lgq[ YQ7@D]#  zq f[Z3 T
pD;  7h`^N5H.q P$OUi!" 该系统在表面12上包含一个反射面，该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 A? r^V2+j eF5;[v •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径，将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”，然后将“STOP”表面设置为表面24。 _C$X04bU3V K"w%n[u)  + {e`]t>_ #1gO?N(<= •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。 N57 1s j8a[
( •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： 0 sh~I ke]Yfwk  B`1kG Ex . {OP~8e"  zN")elBi 9@'4P •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： TF2KZL#A| i/*,N&^  r]T0+ oQ> \0&SI1Yp 系统性能 S3y246| 4 •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。 CmH yAw( q:]Q% I C^  V:Mk)8Gf| d}+W"j; 光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 5\'AD^{ ,hvc``j
S8 •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： F 7LiG9H6` yWY|]Pp  BIj #xp(B5  H+x#gK2l ) rpq+~b  VB"(9O] ix*muVBj. •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。 0T9. M( 6bL~6-h%) 步骤3：非序列模式 $^h?:L:1n -N# #w= 直接转换为NSC组(非序列组) /b%Q[
Ck_ 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 X"<|Z]w wOg,SMiq 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” q qvF-mDN ir&. Z5= OpticStudio有一个内置工具“转换为NSC组”，可以将序列表面转换为非序列元件；或者将整个序列系统转换为非序列系统。转换反射镜时，如果基板厚度大于0，则会将反射镜转换为复合透镜物体，其厚度等于反射镜基板厚度。因此，在这个文件中，我们将反射镜4、6、8和11的厚度设置为5毫米。该文件现在已准备好进行转换。 I$j|Rq A 3q*$.[  9g]M4*?C9P Y[G9Vok
VX  9)lZyE} -J?~U2 一旦转换了文件，就需要进行一些整理。下面的列表说明了不同的步骤。最后的非序列文件可以在文章的顶部下载： Y /lN@ 9o_- =>( “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” hW'
HT •在全局坐标系中定义所有的物体： hQ';{5IKvC z_l. V /G)  KlO(o#&N l RND •只保留一个光源：以视场1为中心，第4行的椭圆光源。删除所有其它光源（第1行至第3行和第5行至第12行）。将该光源更改为“矩形光源”，其宽度为±12.5mm，尺寸为±5mm。将布局光线的数量设置为10： !G +u j( * Hunp Y  1VLLo~L % ~ 5"J( •逆追迹光线： &yLc1#H hk; bk?:m  ?D=8 {!R3 n(R_#,Hs •删除在序列模式中对翻转系统有用的表面2以及表面3。删除所有空物体。 m&Sp1=*Ejy •删除平面反射镜：在非序列模式下只需要一个平面反射镜(删除第10-14行)。 y<M]dd$ •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 * nCx[ •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。 Tz` ,{k E em
g  A.U'Q| 7\%$>< K •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。 }n[Bq# 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 M/B/b<[' H,|YLKg-|  2AK}D%jfc Q52 bh'cuU •删除所有其他探测器(16至24)。 !Uy >eji} 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。 ^PQM;" 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： or.\)(m#( z2~8 7fv+  \ V ?I+Gc qZbHMTnT6 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。 [YE?OQ7# 5hz_P+Q  0jTMZ<&zZ a}yR p •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。 K PggDKS Cuv|6t75 '  q+%!<]7X la`"$f •添加一个幻灯片物体作为LCD显示屏上显示速度的源图像，并将其放在LCD光源的前面。将“X全宽”设置为26 mm，将“纵横比”设置为1.0。 u){S$</ 3:AU:  61,O%lV kf K[u/<i •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。 FG# nap{ ,qu:<  8A4TAT4, BS.= •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 \(bj(any yHOqzq56  dEET}s \ 4if\5 P:j •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 UR,?! rJ^B •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 Z@oKz:U
JWWInuH 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 2@ *<9-9 ay-9c2E  # JFYws TrQm]9 @ 结论 ~'{VaYk]v }5hZo%w[n 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。 1tyNR oET O m6Mmoqh  X+*<B(E b "3uD` 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： eA&t % i'iO H|s  B!iFmkCy 9C=~1>S
除此之外 oN ;-M-( Hh\
4MNl 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。
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