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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。 m=p< .%a {qkd63 X 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） _HkB+D0v b=j]tb, 最终步骤：从显示器到虚像(正向) d( +E0 um $ K^ 翻转系统 +i.b&PF'H 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。 BdZO$ALXL <6)
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kN,WB 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。 j2"Y{6c yNu%D$6u7  \qh
-fW; # !%_H1jk 另一种解决方案如下所述： hr] :bR •在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： (6S f#M .+TriPL  2eh j2T U<lCK!85[  4$ <-3IP, $6]7>:8 mz 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。 wc5OK0| )wwQv2E •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。 * 5Y.9g3)Q |. zotEh  7 VwLyy ^v].mV/ •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。 (~ >L \]! Z 7M%}V% •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： De*Z U N|< r&|-6OQZZ  kFG>Km(y} ]'UO]i/  uUczD 8y $LF •现在，视场数据编辑器中的视场必须重新定义为LCD视场尺寸： w*Gv#B9G 7gV"pa  ]<;m;/ H %q@eCN 系统性能 [[P UK{P0 •光斑尺寸(模糊)：可以在Afocal image Space中检查图像清晰度，STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸，它的直径是4毫米。 wxg`[c$: <(Wa8PY2(  $z+iB;x !$>d75zli 光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 nJ|8#U7 2 b] 'KiX •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： F` ifHO 6SMGXy*]^  lq $1CI 3d.JV'C'c  sM?bUg0w ,0#5kc*X  6?0 ^U 9 8I H&=3 •发散/会聚(双目视差)：驾驶员的双眼将通过光学系统观看虚像。每只眼睛看到同一图像点的方向之间通常有一个很小的角度差异。垂直(上/下)角度差被称为双会聚。水平(左/右)角度差称为收敛。可以使用结果文件“HUD_Step1_MF_after_optim_2_eyes.zar”进行检查。瞳孔直径为4mm，瞳孔间距设置为50mm。对于视觉系统，这些值的典型极限在1.0 mrad的数量级上，因此系统在该极限范围内。 v?yH j- .6 [xX?i^T 步骤3：非序列模式 HlB'yO Hv! - P 5VE0 直接转换为NSC组(非序列组) W&]grG2/ 系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 z+1#p.F$@ 0:**uion 初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” 2FO.!m +0=u ] 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。 8kih81tx"U X9nt;A2TU+  zVs_|x=" 1{% EQhNd  r6Z&i^cMe `OnN12` 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： ^6 +P&MxM jz|zq\Eek “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” I<.3"F1} •在全局坐标系中定义所有的物体： *&B*/H AN w?.0r6j  g ?M\Z"; 0z."6 r •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： A~-e?. #GK&{)$  o:#MP(h,N r]km1SrS •逆追迹光线： .F.4fk @4h .?  'r4 j;Jn fL"-K •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。 Mno4z/4{A •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)。 F5.V hg •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 -<}_K,Ky` •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。 p[&'*"o!/ lcvWx%/o@  ;,Sl+)@h ]BCH9%zLj •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{` M]Ov 20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 B4GgR,P@S u I-te~]  Fg Qd7p I2%{6g@ •删除所有其他探测器(16至24)。 sxl29y^* 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。 " 9 h]P^ 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： M'HmVg4' h5x FP  vgHMVzxj { DBgW }, 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。 >! wX% QHH $~50M5&K#  #+QwRmJdT! <;+&` R •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。
zfO0+fMH \Q?r+VZ  !u~( \ Rb; V;~W,o ! •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。 Jp xJZJ (5;w^E9*n;  lE AN N u yFshV\ •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。 Dx /?0F7V ?H0 #{!s  %IW=[D6Tg i=.zkIjSh •在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 EP'2'51 2ME3= C  < :2El9l! 4At%{E •光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 ; a XcGa •光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 c@~\ FUr SI*O #K=w 整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 41^+ T<+ w=s:e M@  ~0!s5 My76]\Psh 结论 |(*ReQ?= F# y5T3(P 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。 \d2Ku10v[ :xm, Ok  9 h<]; x}i:nLhL 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： p./zW
)7+ D?)9 1 P/R  *@ S:f"i &#F>%~<or 除此之外 :&HrOdz /=*h\8c~ 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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