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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。 )mcEQ -!b pw020}` 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） vA% ^`5 Sfjje4R 最终步骤：从显示器到虚像(正向) (M-ZQ
- %Z]'!X 翻转系统
j2n,f7hl. 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。 b\55,La qoU3"8  C ;B}3g& y&J@?Hc> 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。 {bNXedZ\ 7,$z;Lr0S  !dcwq;Ea j6}R7 $JR 另一种解决方案如下所述： \+PIe7f_ •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： 1&)_(|p[C akuJz  WOytxE Ss ?CfRM  9h,u6 e H: {7X1bV 该系统在表面12上包含一个反射面，该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 0lk ;F !b| ' Vp^U •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径，将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”，然后将“STOP”表面设置为表面24。 H}0dd" jFG0`n}I  keAcKhj 2(YPz|~ W •系统需要整理：删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面；从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除，表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 &~DTZg Y n]!fO
6kj •表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示： Ju` [m & ~sfYW  LxN*)[ Wb `cB_.&  _O:WG&a6 J]/}ojW3 •现在，视场数据编辑器中的视场必须重新定义为LCD视场尺寸： V~{
_3YY SpTdj^ ]4>  L):U"M>]= pb;")Q' 系统性能 ZFh +x@ •光斑尺寸(模糊)：可以在Afocal image Space中检查图像清晰度，STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸，它的直径是4毫米。 @$@mqHI} y>VcgLIB  @]CF&: P A $6f\uuTU2" 光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 f`<FT'A eARk
QV •图像模拟：HUD将对车辆的速度进行成像。图像模拟工具可以让用户了解HUD系统图像质量： @!tVr3;N$ f>Td)s1
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h/{ J QKdW  i k1tidw /L=(^k=a.;  | ?m` xO <!^
[~` •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。 P.WYTst= "&YY O#YO 步骤3：非序列模式 ilLB CS} eH>#6R1- 直接转换为NSC组(非序列组) jh ez 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 6)RbPPeE ;]D(33) ( 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” Tt# bg1 Do-^S:. 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。 |lQ;ALH! 'w/qcD-  "u^Ele E! 4)-)# `K  8}p8r|d!ls haSM=;uPM 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： [`fI:ao| Ibr%d2yS= “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” 1hQN8!: < •在全局坐标系中定义所有的物体： \|= mD}N Va<H U:<  U\ <-mXv +",S 2Qmo •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： _ *(bmJM SOh-,c\C  ".2K9j7$ Wsz0yHD[` •逆追迹光线： n~0z_;5 nL `9l1  Rs;15@t@ D9ufoa&ua •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。 <>&=n+ i •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)。 _]>JB0IY •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 ^JeMuU •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。 f4t .f*# ! >.vh]8g  a' FN 3 y=N"= Z •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。 9M$/=>^
Z 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 /I{R23o %CH 6lY=lI  $g8}^1 m\0cE1fir •删除所有其他探测器(16至24)。 H'g? llh1J 在这一点上，来自LCD窗口的布局光线似乎与风挡玻璃没有相互作用。风挡玻璃是一个布尔原生对象：它是矩形体积和由2个扩展多项式曲面组成的复合透镜。 >9K//co"of 要了解发生了什么，让我们通过取消勾选“Do Not Draw Object”选项卡中的“不绘制对象”选项来绘制矩形体积： S'i ;xL> **;p (CI  kyUl{Zj Buc_9Kzw<+ 三维布局显示“光源”位于矩形体积内，矩形体积是布尔体的父对象之一。在这种情况下，需要启用Source的Inside Of f标识才能指向布尔对象。还需要在NSCE(非序列数据编辑器)中的布尔物体之后定义光源，以便内部能正常工作。 I}0_nge i?}>.$j  je%M AgW` u=K2Q4 •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。 `iixq9xi :b#%C
pR  '5 .\#=S 1 E,"&-`/2v •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。 I M( u<c$ zmFws- +A  :h5J r 8 GrI& ?=S^ •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。 @'jf KW CY"i-e"q<Q  5~VosUp e7 G?)vWM`j •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 nfE@R."A SG]K  D' i6",Z > ' p} `i/ •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 "Ai6< :ml •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 @z,*K_AKr ~l4f{uOD>] 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 Hcv u7uD k=n
" +  00<{: &d^=s iL 结论 ?S`>> ^ \HSicV#i 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。 i5 7(
$1. g:~+P e  Z7#7N wy4 78Y@OL _$ 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： gY5l.& kK[duW =6  s (PY/{8 aj7dH5SZl 除此之外 _/x& <,3 ,b.n{91[]x 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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