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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。 0Rn+`UnwB O~Wt600{E 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） k\r(=cex6 dR^"X3$ 最终步骤：从显示器到虚像(正向) G%l u28}D N!&:rK 翻转系统 F'm(8/A $ 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。 !p"aAZT7sq "hz\Z0zg2  AvJ,SQt hcCp,b 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。 UL@9W6 <W)u{KS#TY  X|LxV ] ksR1k vTm 另一种解决方案如下所述： bO5k6i •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： c:!z O\P# ~ Hy,7  FqFapRX66Z =}!Mf'  [V8fu
qE> (oz$B0HO: 该系统在表面12上包含一个反射面，该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 {No L ;
0v>Rf a •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径，将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”，然后将“STOP”表面设置为表面24。 :aLT0q!K ;lX(}2tXW  o]n!(f<(* >g ll-&;t •系统需要整理：删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面；从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除，表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 {svn=H
/ Bf`9V713 •表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示： %^. %OCX: Q^Q l\  J8a*s`ik Ck =;1sGh  bizTd ,Tagj`@bHc •现在，视场数据编辑器中的视场必须重新定义为LCD视场尺寸： <+j)P4O4 {:nQ l}  R8ONcG C#V ~Y 系统性能 h0vob_Fdl •光斑尺寸(模糊)：可以在Afocal image Space中检查图像清晰度，STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸，它的直径是4毫米。 3-n1 9[zk :wqC8&V  RkeltE~u )D-c]+yt 光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 ?']h%'Q
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•图像模拟：HUD将对车辆的速度进行成像。图像模拟工具可以让用户了解HUD系统图像质量： M6r^L6$N `fXyWrz-k  rX7QbAB Q:C$&-$  o\otgyoh >kZ57,  x"P);su #%@*p,xh •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。 DHC+C4 \<0B 1m 步骤3：非序列模式 X6+qpp UM*jKi2]" 直接转换为NSC组(非序列组) vR6B n 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 yqXH:757~ sd#|3 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” _/* U2.xS 3l<S}k@M) 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。 Z BUArIC $/1c= Y@  bOp54WI-g R
#]jSiS  \qvaE + nn b8Gcr 一旦转换了文件，就需要进行一些整理。下面的列表说明了不同的步骤。最后的非序列文件可以在文章的顶部下载： 2g9 G{~,@g q}BzyC=:n “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” ZI ;<7tF_z •在全局坐标系中定义所有的物体： 8;Fn7k_Uf NC qo@vE  oY~ D g :HxA`@Ok •只保留一个光源：以视场1为中心，第4行的椭圆光源。删除所有其它光源（第1行至第3行和第5行至第12行）。将该光源更改为“矩形光源”，其宽度为±12.5mm，尺寸为±5mm。将布局光线的数量设置为10： 9vNkZ-1 Rv,JU6>i  Z|9u]xL f~OU*P>V@ •逆追迹光线： I oy wv
QMnE8\  Y!q!5C rfi SQ,?N
XZ •删除在序列模式中对翻转系统有用的表面2以及表面3。删除所有空物体。 :4)Qt •删除平面反射镜：在非序列模式下只需要一个平面反射镜(删除第10-14行)。 H2xeP%;$ •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 F;lI+^}} •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。 /WV7gO&L1 ?; YC'bF 
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d8SE,A& •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。 ;g_>
;tR/ 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 GSoZx0 l:6,QaT1  MC((M,3L GT hL/M
•删除所有其他探测器(16至24)。 r dnno 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。 jJ4qR:] 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： D9mz9
Ed 0I WPx  ki0V8]HP WD;Y~ | 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。 ._ wkj c(co\A.]:6  B()/.w?A =z?%;4'| •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。 OX%MP!#KU b5m=7;u*h  kpbm4t Z34Wbu n4 •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。 M'`;{^ < ;n=. {[,  o]{uc, E| YdcS •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。 3'c\;1lhT 3ZTE< zRQ  [U#72+K M L7 \BT •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 - 16K7y k j7FN\
cz  2RF^s.W T,fI BD: •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 (qn2xrV •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 9p 4 "r^ H4OhIxK 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 I9o6k?$K ~9F ,%  s{ V*1$e~ wn>edn 结论 !@u>A _ _<$>*i
R 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。 E6Rz@"^XV ( F7_S*  w(L>#? *xf ._~E 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： e98lhu"|H jUj<~:Q}3o  _qvK*nE A392=:N+Q 除此之外 I"AYWo? 5e p /h5*/ 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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