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。 }Vs~RJM)}
issT{&T
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） Dm>T"4B`/
sVE>=0TVP
最终步骤：从显示器到虚像(正向) ^:qpa 5^"
_u#/u2<
翻转系统 Tf9&,!> V
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。 PXOrOK
h |s*i
)W[KD,0+j
'u4}t5Bu 5
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。 oN.Mra]D
^fA3<|
x%b]e a
C HQ {+?#
另一种解决方案如下所述： ^ze@#Cp
•在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： w~bG<kxP
_ pY
gUks O!7^1
F?}m8ZRv
d [\>'>
B $K7L'e+-
该系统在表面12上包含一个反射面，该反射就是LCD。只有我们系统的之后部分才值得关注。 38"8,k
@).WIs
•表面24是新的STOP表面。首先可以固定表面24的半直径，将“孔径”更改为“按光阑大小浮动”，然后将“STOP”表面设置为表面24。 o@qN#Mg?>}
?whRlh
~| X99?P
#gxRTx
•系统需要整理：删除从“虚像”到“显示器”中定义的所有表面；从表面1到11。设计结果可以在表面13上移除，表面13的厚度是固定值2000mm。“物面厚度(表面0)”设置为0mm。 # n U@hOfg
/AK*aRU^
•表面13即STOP面可以设置为全局坐标参考表面。系统如下所示： ~*66 3pA
@qg0u#k5
hXV4$Dai
H=JP3ID>{
~@b9
-=-x>(pRW7
•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： n`F QgC
uKLOh<oio
,
I[^3Fn
d+ gk q\
系统性能 sW>P-
•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。 a(Gk~vD;"
|_Naun=+~
Hl%+F 0^?
UQC'(>.}
光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 rXHHD#\oF
,gFL Wb`B'
•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： \GjXsR*b5
rwi2kk#@P
#C;#$|d
9m<X-B&P
Vp- n(Z
u APLT~
Ev GU j$
e3HF"v]2!
•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。 )_x8?:lv
A-AN6.
步骤3：非序列模式 sT;=7 L<TA
o
m{n"cg
直接转换为NSC组(非序列组) Gaw,1Ow!`2
系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 -r 6(=A
a9mr-`<
初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” xX/Qoq (}i
| -cALQ
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。 '|dKg"Yl
rRA_'t;uK
1*x5/b
z=8_%r
l*m ]2"n]
Eo25ir%
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： f|[5&,2<
lHj7O &+
“HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” ' /@!"IXz
•在全局坐标系中定义所有的物体： #h5Hi9LKf
`OF ;>u*:
N D99 g
^/5E773
•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： P[J qJi/H
H'0J1\ h
v#AO\zYKd
#L1yL<'
•逆追迹光线： 5qODS_Eq
Liz 6ob
:ayO+fr#
\-`oFe "
•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。 A.'`FtV
•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)。 !Z9ikn4A
•将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 ^PCL^]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。 @_ tA"E
5kL# V
enfu%"(K)
A_4\$NZ^
•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。 *rMN,B@
20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 ^ _#gIT\
rj`. hXO
CBgFB-!qpe
?;r7j V/`j
•删除所有其他探测器(16至24)。 Q*{ H]
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。 FL_ arhrqD
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： 14) kKWG
^
8Nr %NJ
A<G ;
P$#}-15?|_
三维布局显示“光源”位于矩形体积内，矩形体积是布尔体的父对象之一。在这种情况下，需要启用Source的Inside Of f标识才能指向布尔对象。还需要在NSCE(非序列数据编辑器)中的布尔物体之后定义光源，以便内部能正常工作。 =<tJAoVV
ywa .cq
g5TLX &Bd
u[% J#S
•在第1行剪切矩形光源物体，并将其复制到风挡玻璃下方。更改Inside Of flag。现在光线在风挡玻璃上散射了。 4dD@lG~
7$!Bq#
@0x.n\M_
BDm H^`V
•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。 Yv`1ySR
(G b{ckzs
^O\1 v
l9Cy30O6
•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。 cF>;f(X
p`V9 +CA
9%hB
]KII?{ <k
•在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 :$@zX]?M
:~ YyHX
7}HA _@[
@RG3*3(
•光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 jC }u>AB
•光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 WlJRK M2
Y&Nv>o_}5
整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 K`mxb}
3 n"&$q6
;]ZHD$ g
peP:5WB
结论 Boz_*l|
,}xC) >
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。 FH@e:-*=
kys-~&@+
gA8 u E
Kof-;T
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： ,DsT:8
&b:Zln.j
m*WEge*$t
=>TtX@ Q{
除此之外 e&I.kC"j6
{ l~T~3/i
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。
