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联系工作人员获取附件 汽车抬头显示器或汽车平视显示器也被称为HUD是在汽车中显示数据的透明显示器不需要用户低头就能看到他们需要的重要资讯。这个名字的由来是由于该技术能够让飞行员在头部“向上”并向前看的情况下查看信息而不是斜着眼睛看下面的仪表。 这篇文章节选了在设计和分析抬头显示器HUD的性能时所使用的 OpticStudio 工具。 HUD 概述 下面是 HUD 的简图。液晶显示器LCD会发光这些光被构成 HUD 的两个镜子反射然后再被挡风玻璃反射最后进入驾驶员的眼睛。驾驶员看到的是位于道路上的虚像该虚像为驾驶员提供例如速度等信息。 驾驶员在驾驶过程中会移动头部改变视角。视窗eyebox是一个虚拟空间代表驾驶员在该空间内都能看到虚像。 让我们来看一个 HUD 系统示例其规格参数如下。 虚像距离: 2 m 显示车辆当前的行驶速度 结构限制HUD 将主要受到仪表盘下可用空间的限制。挡风玻璃将充当分光镜。 视窗: 驾驶员眼睛的位置将位于一个宽度为 ± 50mm高度为 ± 20mm的空间内。 人眼瞳孔在亮光下为2至4毫米在黑暗中为4至8毫米。在本示例中它将被设定为4毫米。 LCD 显示屏尺寸为宽 ± 12.5mm高 ± 5mm。 放大倍数 6 设计 HUD 的步骤 从虚像到显示器设计是在序列模式下反向进行的。为什么呢因为从驾驶员看到的虚像开始模拟很方便。这样就可以将光阑面放置在系统前方即视窗所在的位置。在光阑面放置矩形孔径以表述对眼睛位置的约束。 从显示器到虚像之后在序列模式下将系统反转这将能够“真实”模拟人眼在汽车前进方向上看到的画面的成像质量。 最后系统将被转换为非序列NSC模式该模式下用户可以进行杂散光分析从而实现更加真实的模拟。在该模式下将显示驾驶员使用 HUD 看到的真实图像。 第一步从虚像到显示器反向 设计选择:
HUD 的初始设计是一个折叠系统这保证了它在仪表盘下可以保持足够小的尺寸。HUD 由两面镜子组成一面平面镜还有一面是自由曲面。镜子的优点在于不会在成像系统中引入任何色差。自由曲面的镜子还需要进行优化。
为了方便起见我们建立了一个模板其中包含了所有初始元素以及整个挡风玻璃的自由曲面模型。挡风玻璃由扩展多项式面型模拟。让我们一起来看看这个文件是如何建立的。 系统选项:
孔径视窗为系统光阑它表明了驾驶员眼睛位置可移动的范围宽度 ± 50mm高度 ± 20mm这个尺寸的矩形孔径被放置在光阑面。
然后计算入瞳直径 (EPD) 为 2 x (sqrt (20^250^2)) 108 mm。 视场
视场类型被设置为物高归一化被定义为矩形。在实际系统中LCD显示器上的图像被放大了6倍以形成虚像。因为目前的设计是反向的从虚像到LCD显示器虚像的尺寸可以被计算出来并作为物高在视场数据编辑器里面定义视场大小。LCD显示器尺寸为: 宽度 ± 12.5mm高度 ± 5mm。因此物面尺寸应该是这个尺寸的6倍 波长: LCD 显示器发光波长为0.55µm。 挡风玻璃
可以对整个挡风玻璃进行建模也可以只对 HUD 使用的挡风玻璃的区域进行建模。
为了找到这个“有效”区域可以使用光迹图Footprint Diagram工具该工具可以在分析菜单栏下的光线迹点(Rays Spots)中找到。它显示了光束在挡风玻璃表面上叠加的光迹 挡风玻璃建模
挡风玻璃可以通过序列模式下面型表征例如自由曲面面型或者也可以被看作非序列 CAD 零件。如果它被表征为一个非序列 CAD 零件插入到一个序列模式下的系统中那么系统就变成了混合模式。当对系统反向建模时即从虚像到显示器这样做效果很好但在正向建模时就会出现问题因为光阑面现在位于非序列组件表面之后这使得光线瞄准更加困难也可能导致其他光线追迹问题。
在本例中挡风玻璃是使用扩展多项式面型建模的。 定位所有元素
所有元素的位置布局如下图所示 每个面的放置是通过一些便利的工具来完成的
坐标断点返回坐标断点面可以使用表面属性下的倾斜/偏心中的坐标返回来定义。OpticStudio 之后将计算该坐标断点面的参数以便在该坐标断点面之后局部坐标“返回”至与之前的序列面型的局部坐标相同。 主光线求解该求解会计算坐标断点面的倾斜和偏心使其垂直于主光线并以其为中心。 因为篇幅关系本次推文节选了部分内容了解更多关于如何完成这一工作以及如何将设计导出到非序列模式进行进一步分析请联系工作人员获取全文和附件。
