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    [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]

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    只看楼主 正序阅读 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。 2+Fq'!  
    ^Yn6kF  
    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) =-vk}O0C  
    )@Bt[mfrVD  
    最终步骤:从显示器到虚像(正向) PHz/^p3F  
    KIuYWr7&  
    翻转系统 *^NC5=A(d  
    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。 S&R~*  
    %n-LDn  
    }7&;YAt  
    0TVO'$Gvi  
    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。 VW'e&v1.  
    YjsaTdZ!&  
    #b{otc)  
    nkG 6.  
    另一种解决方案如下所述: 9g 2x+@5T^  
    •在镜头数据编辑器中,选择Make Double Pass工具: KH@M & >=^  
    ); $~/H4  
    xorFz{  
    ;f6G&>p  
    MiRMjQ2  
    -@i2]o  
    该系统在表面12上包含一个反射面,该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 :v&GA s6H  
    QtX ->6P>  
    •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径,将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”,然后将“STOP”表面设置为表面24。 4RdpROK  
    u}u2{pO!  
    "e(OO/EZS  
    2{&|%1Jg  
    •系统需要整理:删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面;从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除,表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 JQ.ZAhv  
    pX!S*(Q{  
    •表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示: 43 |zjE  
    /n:s9eq  
    ~ae68&L6  
    Gz6FwU8L  
    .Sb|+[{  
    xat)9Yb}0  
    •现在,视场数据编辑器中的视场必须重新定义为LCD视场尺寸: 9K)OQDv%6D  
    +z9;BPw %  
    ;rk}\M$+  
    =D3Y q?  
    系统性能 D./e|i?  
    •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。 FUHa"$Bg  
    \yM[?/<  
    C~6aX/:  
    hbN*_[  
    光斑的模糊低于2’,1’大约是人眼的分辨率。 ~A"ODLgU9  
    A #ZaXu/:X  
    •图像模拟:HUD将对车辆的速度进行成像。图像模拟工具可以让用户了解HUD系统图像质量: hBN!!a|l  
    ) Oa"B;\j  
    *]F3pP[  
    f^0vkWI2  
    bZ%[ON5OY  
    vwP516EM  
    g ,Q!F  
    o5zth^p[  
    •发散/会聚(双目视差):驾驶员的双眼将通过光学系统观看虚像。每只眼睛看到同一图像点的方向之间通常有一个很小的角度差异。垂直(上/下)角度差被称为双会聚。水平(左/右)角度差称为收敛。可以使用结果文件“HUD_Step1_MF_after_optim_2_eyes.zar”进行检查。瞳孔直径为4mm,瞳孔间距设置为50mm。对于视觉系统,这些值的典型极限在1.0 mrad的数量级上,因此系统在该极限范围内。 o F @{&  
    dJCu`34Y'|  
    步骤3:非序列模式 ,=K!Y TeVl  
    SD TX0v  
    直接转换为NSC组(非序列组) T@k&YJ  
    系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 ty/jTo}  
    \`4}h[  
    初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” `W|2Xi=^5  
    qr6WSBc  
    OpticStudio有一个内置工具“转换为NSC组”,可以将序列表面转换为非序列元件;或者将整个序列系统转换为非序列系统。转换反射镜时,如果基板厚度大于0,则会将反射镜转换为复合透镜物体,其厚度等于反射镜基板厚度。因此,在这个文件中,我们将反射镜4、6、8和11的厚度设置为5毫米。该文件现在已准备好进行转换。 GK\'m@k  
    r;S%BFMJS  
    -4X,x  
    7tfFRUw  
    \@I.K+hj$  
    }S%a]  
    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:   6 *Q5.g  
    r+ vtKb  
    “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” 1 w\Y ._jK  
    •在全局坐标系中定义所有的物体: kv)LH{  
    WhK?>u  
    yhUc]6`V.H  
    }eB\k,7L  
    •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: VX;u54hS  
    yP[GU| >(  
    cL=P((<K?  
    0aGfz=V&  
    •逆追迹光线: $aGK8%.O  
    |5g*pXu{  
    9>zN 27  
    =U@*adgw  
    •删除在序列模式中对翻转系统有用的表面2以及表面3。删除所有空物体。 eIg2m <9u  
    •删除平面反射镜:在非序列模式下只需要一个平面反射镜(删除第10-14行)。 HqN|CwGgJ:  
    •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 ]`u{^f  
    •将Eyebox(第15行)更改为Detector Color(检测器颜色),并添加约为-8度的Tilt(倾斜)X。速度将显示在Detector Color的底部。眼盒尺寸为X半宽=50mm,Y半宽=20mm。将X中的像素数设置为400,将Y中的像素数目设置为200。此外,Detector Color半角设置为X 20度和Y 10度,并且添加了180度的倾斜Y和倾斜Z,使得最终图像在右方向上显示。 BH*vsxe  
    k&^Megcb  
    6bqJM#y@  
    q^12Rj;H  
    •将检测器25更改为矩形光源,并将注释更改为“虚像”。添加-8度的“倾斜X”,并将“Y位置”更改为275 mm,以使其位于探测器的中心。 FRfMtxvU  
    20条布局光线,X半宽=1000mm,Y半宽=500mm,光源距离=2000,翻转光线。 R]ppA=1*_l  
    RRq*CLj  
    =OjzBiHR  
    XY%8yII6  
    •删除所有其他探测器(16至24)。 ((X"D/F]  
    在这一点上,来自LCD窗口的布局光线似乎与风挡玻璃没有相互作用。风挡玻璃是一个布尔原生对象:它是矩形体积和由2个扩展多项式曲面组成的复合透镜。 cYGZZC8|K  
    要了解发生了什么,让我们通过取消勾选“Do Not Draw Object”选项卡中的“不绘制对象”选项来绘制矩形体积: ifBJ$x(B.  
    s/A]&! `  
    kZn!]TseN  
    A.<X78!^  
    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。 O<%U*:B  
    Y}|78|q*  
    [ BN2c  
    m]u#Dm7h  
    •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。 4.VEE~sH$  
    blp)a  
    29Gej Lg |  
    &[3!Lk`.0  
    •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。 W>@+H"pZ  
    pp{%\td  
    89 SsSb  
    o-x_[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。 X;}_[ =-  
    S>H W`   
    =%RDT9T.  
    1pz6e8p:m  
    •在第17行设置矩形光源的光谱,以匹配太阳光谱。 O050Q5zy  
    fSun{?{  
    Cg&1  
    NS&~n^*k<  
    •光源14(LCD显示器):功率=1W,分析射线数=1E6 se)I2T{J  
    •光源17(照明背景):功率=10W,分析射线数=1E7 |\}f)Xp-  
    cBm3|@7  
    整理后,NSC实体模型中的最终系统如下所示。 m:"2I&0)WM  
    !C/`"JeYL  
    ,2?C^gxt  
    'ugG^2Y  
    结论 0 TS:o/{(a  
    ^Jkj/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。 WcUeWGC>  
    |kVxrq  
    x3WY26e  
    *Pq`~W_M7  
    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: I#A`fJ  
    :;|x'[JoE?  
    n*;mFV0s  
    -eNi;u  
    除此之外 9ge$)q@3  
    j}ruXg  
    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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