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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。 N ]| >\ ]{\M,txo8 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） IPYwUix YOrq)_ l 最终步骤：从显示器到虚像(正向) 5E~^-wX _'L16@q 翻转系统 hLk6Hqr7 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。 z,^~H hh%?E\qM  3b]M\ F9 nu-&vX 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。 6'@ {
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u T{f$S  k1zK3I&c_ 2=0HQXXrq 另一种解决方案如下所述： 2u!&Te(!9 •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： v0E6i!D/ DC -d@N+  YC56] Zp 6W =V8  S
>CKm:7 btq 4diW 该系统在表面12上包含一个反射面，该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 k>.8 lc\ Rc1k_fZ} •表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径，将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”，然后将“STOP”表面设置为表面24。 6X m'^T !8cV."~  Iapz,nuE /"j 3B\`? •系统需要整理：删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面；从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除，表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 7 3Jm G fEWms8z •表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示： 0NC70+4 L y* -_  .1{{E8Fj bDtb6hL  ]SRpMZ \y=oZk4 •现在，视场数据编辑器中的视场必须重新定义为LCD视场尺寸： "z3rH~q72 qa
)BbK^i  s:"Sb ml 3Ioe#*5\
系统性能 bSX/)')jU •光斑尺寸(模糊)：可以在Afocal image Space中检查图像清晰度，STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸，它的直径是4毫米。 %%uE^nX> q=BljSX  ow3.jHsLA y5m2u8+
光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 ozRTY9S
_; c :9n8skE7 •图像模拟：HUD将对车辆的速度进行成像。图像模拟工具可以让用户了解HUD系统图像质量： u ij^tN % `a|&aj 0  Hy[: _E sAL
]N][Y  Xzf,S;XV~ jj2\;b:a0  u%) gnj_ ty0P9.Q •发散/会聚(双目视差)：驾驶员的双眼将通过光学系统观看虚像。每只眼睛看到同一图像点的方向之间通常有一个很小的角度差异。垂直(上/下)角度差被称为双会聚。水平(左/右)角度差称为收敛。可以使用结果文件“HUD_Step1_MF_after_optim_2_eyes.zar”进行检查。瞳孔直径为4mm，瞳孔间距设置为50mm。对于视觉系统，这些值的典型极限在1.0 mrad的数量级上，因此系统在该极限范围内。 1I9v`eT4 GYaP"3L u 步骤3：非序列模式 k5.5$<< T 0d9z8y 直接转换为NSC组(非序列组) xZ9:9/Vg 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 'cXdc :/;/mHG] 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” 7R2O[=Szq EX`P (=zD 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。 p%"dYH%]&0 fo@^=-4A-  |HAJDhM,l e /JQ #A  xLz=)k['' (hzN(Dh 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： Yv; s3>r
5:h [%3'bB “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” kW g.-$pp •在全局坐标系中定义所有的物体： `@h|+`h dq[h:kYm  C|$q Vh> H,!xTy"Wh •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： 7z{wYCw <=q}
Nd\  _8VP'S= RP&bb{Y •逆追迹光线： `Z?wj@H1` Cl}nP UoL  QOF@Dv Q
i<m(neX[H •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。 #@S%?`4, •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)。 86r5!@WN •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 !Lf<hS^ •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。 9Eyx Ob k"(] V  ~7P)$[ ?['!0 PF •将检测器25更改为矩形光源，并将注释更改为“虚像”。添加-8度的“倾斜X”，并将“Y位置”更改为275 mm，以使其位于探测器的中心。 Tu#< {'1$ 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 ):D"L C =Ph8&l7~sp  cj/` m$ \c=I!<9 •删除所有其他探测器(16至24)。 L x^ eaP5 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。 gb ga"WO 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： T # \ X*8y"~X|vq  qLN^9PdEE %@/^UE: 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。 xP9(J
0y "F< CGSo  q+
$6D;9 3$$E0`7. •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。 1o_kY"D< `FP?9R6Y  nM
)C^$3<t xt{'Be&Ya+ •添加一个幻灯片物体作为LCD显示屏上显示速度的源图像，并将其放在LCD光源的前面。将“X全宽”设置为26 mm，将“纵横比”设置为1.0。 Ccf/hA#mb 'X `Z1L/  kNEEu! G b'H'QY
•虚拟图像处的矩形光源（物体#17）将用于模拟建立太阳光照射。添加一个幻灯片物体以表示司机看到的背景场景（Object Properties >Sources> Raytrace> Reverse Rays，以便光线向探测器发射）。将“幻灯片X全宽”设置为2000 mm，将“纵横比”设置为1.0。 -Mt
5< s RgE`H r  woYD &Oml U=on}W3V 2 •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 xvr5$ x|h ]T4/dk&|o^  Nk `UQ~g$ uy' ghF •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 `2~>$Tr •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 KhCP9(A=Qo XH:*J+$O 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 Lpchla$ S2~cAhR|M  )xGAe #E~j (
?V`|[+u 结论 )s2] -n}W ^E
!v D 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。 !QUY ( v0^9 "V:y
 c}x1-d8 G7-BeA8 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： z`y9<+ {Z.6\G&q  & c`-/8c
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k^y|\UtZ 除此之外 "q4tvcK. BG{f)2F\ 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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