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2023-05-18 09:32 |
Ansys Zemax | 设计抬头显示器时要使用哪些工具 – 第三部分
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。 h^Bp^V5# yL ?dC"c 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) |}hV_ >ZX&2 { 最终步骤:从显示器到虚像(正向) ~hx__^]d ak_&\'P 翻转系统 6;JlA}) 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。 1?!z<< \piHdVD [attachment=117913] K<#Q;(SF U m+Um^:\jX 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。 1MVzu7 h 3.6<vM [attachment=117914] iLvzoQ g#??Mz 另一种解决方案如下所述: 86_`Z$ s •在镜头数据编辑器中,选择Make Double Pass工具: Zndv!z Aw7oyC! [attachment=117915] Hi V7 i'6>_,\( [attachment=117916] Imv]V6"D= oM<Y o%n 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。 d z- |ORro
r} •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。 `X mT)C klUW_d- [attachment=117917] ZKk*2EK]2z :h(r2?=7 •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。 U/p|X) E:!qncL: •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: 0P?\eoB@8 z8n=\xL [attachment=117918] ZJZKCdT@ [H-r0Ah [attachment=117919] h#EksX J/-&Fa\( •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: B '@a36 =x QLf4> [attachment=117920] nKR=/5a4Y v&#=1Zb 系统性能 QO fqW@g •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。 w%Bo7 'o)V ,sk0){rW [attachment=117921] ";>>{lYA. Iz^lED 光斑的模糊低于2’,1’大约是人眼的分辨率。 koTb{U L I"_``*/1 •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: zfexaf! )^D:VY92 [attachment=117922] Bkq3-rX\ "i5Rh^ [attachment=117923] cD!yd^QE 2u=Nb0 [attachment=117924] `3QAXDWE "&Y5Nh •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。 KcW]"K>p!
Qr n^T 步骤3:非序列模式 "c'K8,+? dM^1O-K: 直接转换为NSC组(非序列组) qh]ILE87( 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。
)ld !(d= $%%K9Y 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” -weCdTY`X @ff83Bg OpticStudio有一个内置工具“转换为NSC组”,可以将序列表面转换为非序列元件;或者将整个序列系统转换为非序列系统。转换反射镜时,如果基板厚度大于0,则会将反射镜转换为复合透镜物体,其厚度等于反射镜基板厚度。因此,在这个文件中,我们将反射镜4、6、8和11的厚度设置为5毫米。该文件现在已准备好进行转换。 ~"t33U6 5PCMxjon [attachment=117925] CnvM>] 'x{E#4A [attachment=117926] Wu\szI" d9E'4Zm 一旦转换了文件,就需要进行一些整理。下面的列表说明了不同的步骤。最后的非序列文件可以在文章的顶部下载: FK:Tni >U2[]fu “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” A=+
|&+? t •在全局坐标系中定义所有的物体: QEb
^'y U>@st=" [attachment=117927] *fIb|r BB)(#yoi •只保留一个光源:以视场1为中心,第4行的椭圆光源。删除所有其它光源(第1行至第3行和第5行至第12行)。将该光源更改为“矩形光源”,其宽度为±12.5mm,尺寸为±5mm。将布局光线的数量设置为10: g6wL\g{29 XXe?@w2{ [attachment=117928] I8%2tLVY [!Jd.zm •逆追迹光线: qa!3l b_'M "j<l=l! [attachment=117929] lZI?k=rWv QsN%a>t •删除在序列模式中对翻转系统有用的表面2以及表面3。删除所有空物体。 yM}Wg~:D: •删除平面反射镜:在非序列模式下只需要一个平面反射镜(删除第10-14行)。 B7R*g,( •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 }qk8^W{ •将Eyebox(第15行)更改为Detector Color(检测器颜色),并添加约为-8度的Tilt(倾斜)X。速度将显示在Detector Color的底部。眼盒尺寸为X半宽=50mm,Y半宽=20mm。将X中的像素数设置为400,将Y中的像素数目设置为200。此外,Detector Color半角设置为X 20度和Y 10度,并且添加了180度的倾斜Y和倾斜Z,使得最终图像在右方向上显示。 555*IT3b hh$V[/iK [attachment=117930] F6vN{FI $!Pm*s •将检测器25更改为矩形光源,并将注释更改为“虚像”。添加-8度的“倾斜X”,并将“Y位置”更改为275 mm,以使其位于探测器的中心。 Oosr`e@S 20条布局光线,X半宽=1000mm,Y半宽=500mm,光源距离=2000,翻转光线。 bL)7/E -76l*=| [attachment=117931] ,o\-'
bV~z}V& •删除所有其他探测器(16至24)。 `RriVYc< 在这一点上,来自LCD窗口的布局光线似乎与风挡玻璃没有相互作用。风挡玻璃是一个布尔原生对象:它是矩形体积和由2个扩展多项式曲面组成的复合透镜。 b_p/ 1W: 要了解发生了什么,让我们通过取消勾选“Do Not Draw Object”选项卡中的“不绘制对象”选项来绘制矩形体积: js~?y|e8k R54wNm@ [attachment=117932] GIyb0XjTw ,$xV&w8f\" 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- v PJg1 Km=dId7] [attachment=117933] ?f{--|V UUuB Rtau •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。 |v[0( uq~Z [attachment=117934] R[l9f8 x?*) •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。 n&j@7R x bsk [attachment=117935] 5ml#/kE 5,;>b^gXY` •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。 2c
Pd$j 1F*3K3T { [attachment=117936] .h0@Vs *T+Bjj;w •在第17行设置矩形光源的光谱,以匹配太阳光谱。 ."u-5r<O ZYi."^l [attachment=117937] ,y'E#_cTgQ :L E&p[^ •光源14(LCD显示器):功率=1W,分析射线数=1E6 g<@P_^vo •光源17(照明背景):功率=10W,分析射线数=1E7 hS?pc<~`# ]rpU3 3 整理后,NSC实体模型中的最终系统如下所示。 ecZT|X4u [#}0) [attachment=117938] %O=U|tuc$ d[p-zn. 结论 AxsTB9/ {Y\W&Edw% 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。 Bc^%1 ^ |xSU_wa [attachment=117939] a&?SRC'x 5\?\|* WT 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: ~g6`Cp` &"h 9Awn2 [attachment=117940] O>h,u[0 Zs$Qo->F 除此之外 ^iHwv*ss $CXMeY{tOo 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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