切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 1193阅读
    • 0回复

    [分享]Ansys Zemax | 设计抬头显示器时要使用哪些工具 – 第三部分 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线ueotek
     
    发帖
    180
    光币
    446
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-05-18
    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。 C:8_m1Y{  
    #@@Mxr'F  
    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) 5}$b0<em~  
    h N2:d1f0  
    最终步骤:从显示器到虚像(正向) :'F}Dy  
    m!z|h9Ed  
    翻转系统 W!!S!JF  
    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。 5 < wnva  
    :j')E`#   
    :0)3K7Q   
    ,#d? _?/: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。 `LAR@a5i  
    x_Jwd^`t!  
    C98]9  
    uXDq~`S  
    另一种解决方案如下所述: n+lOb  
    •在镜头数据编辑器中,选择Make Double Pass工具: \)K^=jM  
    VhjM>(  
    mC?i}+4>4R  
    N>(g?A; Z+  
    5zFR7/p{  
    ZCKka0*  
    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。 b"!Q2S~  
    *BuUHjTv  
    •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。 \Y6WSj?E  
    c|F[.;cR  
    LK6; ? m  
    )o-Q!<*1  
    •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。 wC `+  
    I$E.s*B9  
    •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: b@3_L4~  
    pfu1 O6R  
    1]IQg;q  
    ~4P%%b0,o  
    9j W2  
    FnJ?C&xK  
    •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: V $z} K  
    {hln?'  
    &Ysosy*  
    &>e-(4Xu  
    系统性能 yQ#:J9HMJ  
    •光斑尺寸(模糊):可以在Afocal image Space中检查图像清晰度,STOP的大小等于白天的瞳孔尺寸,它的直径是4毫米。 Og=*R6i  
    =+ t^f  
    /Uo y/}!  
    zC _<(4$-"  
    光斑的模糊低于2’,1’大约是人眼的分辨率。 }y9mNT  
    G8Nt 8U~  
    •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: o9cM{ya/>  
    cZ)}LX  
    }%Bl>M  
    ?wnzTbJN  
    U|g:`v7  
    )(y) A[  
    | 9~GM  
    F(t=!k,4\  
    •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。 kcb.Wz~=  
    sKlDu  
    步骤3:非序列模式 =gcM%=*'  
    kOh{l: 2-+  
    直接转换为NSC组(非序列组) H\XP\4#u  
    系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 4)1s M=u  
    &QhX1dT+  
    初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” i hh/sPi  
    sZW^ !z  
    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。 $H+VA@_  
    5uxBK"q  
    hs}8xl  
    nu'M 39{  
    Ug&,Y/tFw2  
    q$aaA`E%  
    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:   R'S0 zp6  
    271&i  
    “HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” -!c"k}N=  
    •在全局坐标系中定义所有的物体: qIld;v8w"g  
    T0&f8  
    ~#kT _*sw)  
    JA)] _H P  
    •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: To?W?s  
    8P=o4lO+  
    ( H6c{'&  
    :>+s0~  
    •逆追迹光线: cK 06]-Y  
    1x[)/@.'f  
    rL}YLR  
    ?2>FdtH  
    •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。 nxr!`^Mne  
    •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)。 ;pnD0bH  
    •将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 8>7& E-  
    •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。 /{|fyKo\?  
    Zfyo-Wk  
    QcgfBsv96  
    .w]GWL  
    •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。 < P`u}  
    20条布局光线,X半宽=1000mm,Y半宽=500mm,光源距离=2000,翻转光线。 )KP5Wud X  
    _)\c&.p]f  
    3;a<_cE*@  
    u?9" jX  
    •删除所有其他探测器(16至24)。 6C-z=s)P&  
    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。 i\dc>C ;  
    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: ~V$ |i"  
    mW:!M!kk  
    hXA6D)   
    $ibuWb"a  
    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。 hEw- O;T0  
    CP6LHkM9  
    DZ_lW  
    V =-WYu  
    •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。 J&T.(  
    D_x +:1(  
    6,9o>zT%H  
    /IsS;0K%L  
    •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。 pZeE61c/  
    7[.6axL  
    HcqfB NM  
    $H-!j%hV  
    •虚拟图像处的矩形光源(物体#17)将用于模拟建立太阳光照射。添加一个幻灯片物体以表示司机看到的背景场景(Object Properties >Sources> Raytrace> Reverse Rays,以便光线向探测器发射)。将“幻灯片X全宽”设置为2000 mm,将“纵横比”设置为1.0。 [/X4"D-uOK  
    SXy=<%ed  
    AW,53\ 0  
    0$-xw  
    •在第17行设置矩形光源的光谱,以匹配太阳光谱。 S*n@81Z  
    NM06QzE  
    gmm|A9+tv  
    |<GDUwC_;  
    •光源14(LCD显示器):功率=1W,分析射线数=1E6 qs QNjt  
    •光源17(照明背景):功率=10W,分析射线数=1E7 CXC`sPY  
    rs~wv('  
    整理后,NSC实体模型中的最终系统如下所示。 'Tc]KXD6  
    &0`) Q  
    ]GRWnif  
    Y_QH&GZ  
    结论 ? 8LXP  
    ma((2My'H  
    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。 zA1lca0HK  
    [AW" D3  
    p8]68!=W\F  
    /jRRf"B  
    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: *;Ed*ibf  
    vo#UtN:q  
    r3\cp0P;s  
    ^Y iJV7  
    除此之外 @0SC"CqM  
    y8rm  
    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。
     
    分享到