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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。 1Kc[ ).O1 5\\a49k.p 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） 4 1Ht sj WZ] f \S 最终步骤：从显示器到虚像(正向) qmWn$,ax bUBQ 翻转系统 "Acc]CqH* 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 FQYrY ">D7wX,.>  JLFZy\ =%+O.
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。 ]| PDsb"e d9kN @W  02F[4c ~ Vim*4^[#L 另一种解决方案如下所述： * sbZ{{]e •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： F:B 8J4/ @f z!]/  }aC@o v]2 7\xGMCctM  g!*5@k|C U'K{>"~1a 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。 quGv q"Y> GL <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。 /-v6jiM UBZ37P  2S^:fm} G!L(K •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。 S pqbr@j 8nSEAr~ •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： THl={,Rw` {BS}9jZx  d%wy@ h o oW; s<6  uz%<K(:Ov N ">4I) •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： lNwqWOWy X {YY)}^  _9<nM48+t & u Mx*TTY 系统性能 $t{;- DpNB •光斑尺寸(模糊)：可以在Afocal image Space中检查图像清晰度，STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸，它的直径是4毫米。 )5Nj wLs >nqCUhS  W7PL]5y& qjrl$[`X: 光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 YooP HeQ 1](PuQm7+ •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： BD.>aAi! Am @o}EC  ^_rBEyz@ "z6 xS;  9z9\pXFQ \a7caT{  fb*h.6^y9 5HqvSfq>? •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。 |T) $E =Sp+$:q* 步骤3：非序列模式 [0M`uf/ u `Hp=1 a 直接转换为NSC组(非序列组)
BV-(`#~:y 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 n) t'?7 o0}kRL 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” GnFm*L 3"O&IY< 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。 \M U-D,@ E3"j7y[S  Ur RYK-g \~BYY|UB;W  5 !Ho[ a9N$I@bi] 一旦转换了文件，就需要进行一些整理。下面的列表说明了不同的步骤。最后的非序列文件可以在文章的顶部下载： 3 n3$? oV #6F|}E “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” yE_ T#FN •在全局坐标系中定义所有的物体： @=NTr <Eu/f`8  [R(d Cq> [U@ ; EeS •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： 8O| w( z 's\rQ- TV  l[K o> c1M *w9o •逆追迹光线： 1deK}5' t3<HE_B |  f64}#E|w IO{iQ-Mg •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。 #:E^($v •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)。 *]>~lO1 •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 ,8)aK y •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。 $VJE&b xA>3]<O  q22@ZRw G 7k.YtW •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。 Mi<}q@]e 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 I3A xK A p]Q( Z  = zRjb> l'R uzBQr •删除所有其他探测器(16至24)。 b8h6fB:2 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。 ch)#NHZ9F 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{N9 J@RV ^2  OyATb{`' _Kv;hR> 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。 1Ba.'~: {W%/?d9m  DG/<#SCF '<aFd)- •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。 :o_6
7,ffY/  t Z]b0T(e kjRL|qx`a; •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。 V&>mD"~MP Jm3iYR+,  ePY69!pO5e _j?/O)M
c •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。 .!Os'Y9[ , /;9 ]LC.g  W_ubgCB h9j /mUwV •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 *_tJ ; Jtl[9qe#]  (Q6}N' T 6Ej@;]^^- •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 Y?V>%eBu •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 -\ ~D6OA gf U!sYZ 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 P*6&0\af| ;T?4=15c  ~
H $q Pt8 U0)i) 结论 7V KTI :5y hFr?84sAd 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。 c!=^C/5Ee 2B&|0&WI  ~U_,z)<`)c zIgD R 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： ypsT : uLT ?#_] Lzn'  i*Ee(m]I |csR"DO qz 除此之外 .+Fh,bNYK x@480r 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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