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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。 D\| U_> _\gCdNrD 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） [tR b{JsUd Q
ZC\%X8j 最终步骤：从显示器到虚像(正向) vY7 @1_ " WXY-]ir. 翻转系统 L&d.&,CNs' 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。 !4T!@"# Z]w?R L  k=cDPu - D/afa8>LQH 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。 y\ })C-& z 8XWp[K  !;4Hh)2 gquvVj1oT 另一种解决方案如下所述： s\< @v7A •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： 1Ko4O)L]& G)q;)n;*=  E
$P?%<o !L@<?0x LW  eL<jA9cJ9 7X)4ec9H\ 该系统在表面12上包含一个反射面，该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 =ym<yI< w:/3% - •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径，将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”，然后将“STOP”表面设置为表面24。 F B:nkUR` U^eos;:s8  T2n3g|4 ; !C_}P •系统需要整理：删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面；从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除，表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 |MOz> 1<a ~ToU._ •表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示： !
,0 -$X4RS  S{3c}>n &E1m{gB(  m\XG7uo~ `H 'wz7 •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： -w>ss& 1{wbC)  @qYT/V*/ pTB 7k3g 系统性能 ,p#r; O<O •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。 [9B1 %W !.-u'6e
 |fIyq}{7 m;A[ 2 6X 光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 rLE+t(x(0 GwfC l{l •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： ?z <-Ww " Zx<hL*  ^}{x).
ky-nP8 L}  Iib YG F mU~&oU  <5,|h3]-# (Q @'fb9z •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。 hSR+7qN<e ! nvg:$.& 步骤3：非序列模式 VX82n,'=t kN78j 直接转换为NSC组(非序列组) Ibu9A wPm 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 %q~q,=H$ ] t=xEUOQAn 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” E4>}O;m0 ~;a \S3 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。 =<#G~8WYz RGs7Hc  f $6N cJv/)hRaz  AS@(]T#R "M!m-] 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： >;' 0ymG.` <nN.$4~X “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” $A-X3d;'\/ •在全局坐标系中定义所有的物体： @4D{lb"{ Z/:F)c,x  $+_1F`
7s#8-i •只保留一个光源：以视场1为中心，第4行的椭圆光源。删除所有其它光源（第1行至第3行和第5行至第12行）。将该光源更改为“矩形光源”，其宽度为±12.5mm，尺寸为±5mm。将布局光线的数量设置为10： >X
eXd{$ C}pm>(F~  V-@4s}zX DU$#tg}{ •逆追迹光线： $Seh4 -{k8^o7$  Su"Z3gm5Kw [A/2
M s •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。 ` =P_ed%&' •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)。 o p5 `#{ •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 r A(A$VR •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。 ]W14'Z 1(dK b  `G/g/>y )\EIXTZY= •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。 / \# f@Sg 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 pR9 3T+X p\&/m  {yWL|:#K G^#>HE| •删除所有其他探测器(16至24)。 HXSryjF? 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。 v N\[2r%S 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： l^nvwm`f#: #gO[di0WhC  }Le]qoW[' 7~XA92 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。 )Yy5u'} 2#R$-* ;#  t#|R"Q # CYgokS\=, •在第1行剪切矩形光源物体，并将其复制到风挡玻璃下方。更改Inside Of flag。现在光线在风挡玻璃上散射了。 rFpYlMct Cj-&L<  a ;Y:UwD9* qe{;EH* •添加一个幻灯片物体作为LCD显示屏上显示速度的源图像，并将其放在LCD光源的前面。将“X全宽”设置为26 mm，将“纵横比”设置为1.0。 ~Jr'4% a H?Ygzw  X+N5iT o cW~I3 •虚拟图像处的矩形光源（物体#17）将用于模拟建立太阳光照射。添加一个幻灯片物体以表示司机看到的背景场景（Object Properties >Sources> Raytrace> Reverse Rays，以便光线向探测器发射）。将“幻灯片X全宽”设置为2000 mm，将“纵横比”设置为1.0。
_$c o Y %p )"_q!ge  `x/i1^/_@ g:)iEw> a •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 03v+eT U@y )x+:  ZAn @NA= S,6/X.QBv •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 T G$ #aX\' •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 hZ* vk 'hU5]}= 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 zhs @ YMY 1bQO:n):~  r
YKGX?y ?[zw5fUDS 结论 * {#C;" Y?J/KW3 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。 TU^ZvAO& 7Qd$@ m  y*+8Z&i.: /Q(bo Y{ 探测器查看器现在以真彩色显示驾驶员将使用设计的HUD系统看到的内容： A)"L+Yu 5 SgewAng?@o  4vWiOcJF!O GWuKDq 除此之外 d-1D:Hs? x;yvv3-$ 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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