| ueotek |
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。 4T E ?mh}
[![ (h %
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） eF1%5;" W
_If?&KJ r
最终步骤：从显示器到虚像(正向) <~+
2H "iN[2A
翻转系统 L:Eb(z/D
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。 lM"7 Z
mIo7 K5z{
[attachment=117913] l Hqx}n@e
A$6b=2hc>
棘手的部分是Z轴是“翻转的”。对于像HUD这样的非对称系统，该工具无法正常工作。 LTc t0Gh
[ 1GEe
[attachment=117914] D:EF@il
3~la/$?p0
另一种解决方案如下所述： #B9[U}
8
•在镜头数据编辑器中，选择Make Double Pass工具： !
fc)
3Q)>gh*
[attachment=117915] 1D6O=j\
,+9r/}K]/
[attachment=117916] >#|Yoc
?!oa 15
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。 j 56 An6g
3>Snd9Q
•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。 >6+K"J-@
&N0| tn
[attachment=117917] 2N 4>
,&G
M\FTeb
•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。 W
F<V2o{k
ZRfa!9vl
•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： yFsXI0I[p
h M w` e
[attachment=117918] . ?RjH6W
Z+(V \
[attachment=117919] 7 d)' y
pa-4|)q Y
•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： 7!;/w;C
A o$z )<d'
[attachment=117920] G -
WJlu
/vu!5?S
系统性能 nUHVPuQ/'T
•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。 !*6z=:J
=:eE !
[attachment=117921] P.DWC'IBN
v19`7qgR(
光斑的模糊低于2’，1’大约是人眼的分辨率。 2Zip8f!
W^Y0>W~
•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： J7o?h9
G9Tix\SpF
[attachment=117922] |'_<(z
)A=g# D#
[attachment=117923] eCD,[At/
]5/U}Um
[attachment=117924] /GGu` f
BwD 1}1jp
•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。 Xm'K6JH'
<t{AY^:r
步骤3：非序列模式
5AU 3s
mC(t;{
直接转换为NSC组(非序列组) *DzPkaYD>
系统现在已准备好导出到非序列进行进一步分析。 I=a$1%BzEX
8Oh3 iO
初始的文件名为“HUD_Step2_reversed.zar” 1s[-2^D+EM
S\gP= .G
OpticStudio有一个内置工具“转换为NSC组”，可以将序列表面转换为非序列元件；或者将整个序列系统转换为非序列系统。转换反射镜时，如果基板厚度大于0，则会将反射镜转换为复合透镜物体，其厚度等于反射镜基板厚度。因此，在这个文件中，我们将反射镜4、6、8和11的厚度设置为5毫米。该文件现在已准备好进行转换。 u _=y,~s
ZN eqsN{
[attachment=117925] [)vwg`]
r0
C6Ww7u
[attachment=117926] mkzk$ _
m Xj Ljgc}
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： L-{r*ccIW
?ovGYzUZ
“HUD_Step3_NONSEQ_after_tidying_up.zar” tdF[2@?+
•在全局坐标系中定义所有的物体： ~')t1Ay s
LfXr(2u
[attachment=117927] T?{9Z
,8nZzVo
•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： @rE )xco
o;_bs~}y
[attachment=117928] <OSvRWP)
w{x(YVS H
•逆追迹光线： Ik Nt!
2s_
$IZZ`Z]B
[attachment=117929] % ul{nL:
=2)t1 H
•删除在序列模式中对翻转系统有用的表面2以及表面3。删除所有空物体。 G$uOk?R#5c
•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)。 FD+PD:cQn
•将风挡玻璃的材料改为N-BK7(第14行)。 ;I71_>m
•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。 G<6grd5 PP
pF+wH MhUe
[attachment=117930] <dPxy`_
) '`AX\
•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。 yUwgRj
20条布局光线，X半宽=1000mm，Y半宽=500mm，光源距离=2000，翻转光线。 #gJ~ {tA:
L#q9_-(#
[attachment=117931] utJVuJw:t
NVWeJ+w
•删除所有其他探测器(16至24)。 .|`=mx
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。 (ul-J4 E\O
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： \OT)KVwO
[Fj+p4*N
[attachment=117932] G5y
Cy:`pYxhd
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。 B00wcYM<1r
`G0rF\[
[attachment=117933] pQ(e F0KG
$_zkq@
•在第1行剪切矩形光源物体，并将其复制到风挡玻璃下方。更改Inside Of flag。现在光线在风挡玻璃上散射了。 (,c?}TP
^WW|AS
[attachment=117934] ,xD*^>!
b\j&!_
•添加一个幻灯片物体作为LCD显示屏上显示速度的源图像，并将其放在LCD光源的前面。将“X全宽”设置为26 mm，将“纵横比”设置为1.0。 lc?m KW9
s_Oh >y?Aq
[attachment=117935] 05VOUa*pb
nk|N .%E
•虚拟图像处的矩形光源（物体#17）将用于模拟建立太阳光照射。添加一个幻灯片物体以表示司机看到的背景场景（Object Properties >Sources> Raytrace> Reverse Rays，以便光线向探测器发射）。将“幻灯片X全宽”设置为2000 mm，将“纵横比”设置为1.0。 }>X \"
|iUfM3
[attachment=117936] [^}>AC*im
mQ60@_"Y=,
•在第17行设置矩形光源的光谱，以匹配太阳光谱。 o T (:33$
v&b.Q:h*'
[attachment=117937] >{qK ]xj
$<
K)fbG
•光源14(LCD显示器)：功率=1W，分析射线数=1E6 _Z66[T+M
•光源17(照明背景)：功率=10W，分析射线数=1E7 !:O/|.+Vmf
U Q.D!q
整理后，NSC实体模型中的最终系统如下所示。 m9<%v0r
*(&ClUQQ
[attachment=117938] @f5@0A\0
M?~<w)L}
结论 KWh M
{ .3
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。 qz=#;&ZU
[[0bhmG)
[attachment=117939] < \d |=>;
<.=#EV^i
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： H (NT|
9oz (=R
[attachment=117940] V)1:LLRW
`f 6)Q`n
除此之外 *)`kx
2^ ,H_PS
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。
|
|