Ansys Zemax|HUD 设计实例

说明

本文介绍了HUD设计实例。

实例说明

规格如下:
显示器尺寸:24*8mm
眼盒尺寸:100*40mm
放大倍率:5 (虚像尺寸 120*40mm)
虚像距离:1.8m

最终光学系统的整体布局如下图所示。
从HUD发出的光被挡风玻璃反射并到达司机的眼睛。
司机看到挡风玻璃后的虚像。

下图是HUD局部放大图。
离开液晶面板(LCD)的光线被一个平面镜反射,进入一个自由曲面镜。
由自由曲面镜反射的光线再次被平面镜反射,然后进入挡风玻璃。

在这样的光学系统中,入瞳是驾驶员的眼睛。
如果光线从LCD开始,光瞳位于许多镜面之外,这就很难找到光瞳的位置。出于这个原因,在这种情况下使用了逆向追迹。
如果光束是从驾驶员看到的虚像开始的,入瞳的位置就不会受到光学器件的影响。然而,需要注意的是,逆向追迹的慧差,畸变以及垂轴色差跟原系统是互逆关系。
镜头数据编辑器如下所示。
平面镜被照亮了两次,因此平面9的坐标断点的参数拾取了平面7。
入瞳被设定为圆周直径为108毫米,这是驾驶员眼睛位置的变化范围。
定义一个100×40毫米的矩形孔径,只提取必要的光线。
视场尺寸由虚像的大小来定义。

优化是通过设置优化向导来进行的,具体方法如下。
对于这个光学系统,将 "光瞳积分法 "设置为 "矩形阵列",因为入瞳是矩形的。
勾选 "删除渐晕光线 "以删除光圈平面内渐晕的光线。

评价函数设置如下:第12行定义了Y方向的放大率,第16行定义了X方向的放大率。

进行优化后,设置每个面的有效直径。
你可以在光迹图中检查通过每个表面的光通量直径。

在目前的光学系统中,面6和面10的孔径必须相等。

图像模拟是一个很有效的评估成像系统的质量。

设置如下:

结果如下,显示了图像的模糊和畸变。
这是整个眼盒的光线的成像效果。
由于人类瞳孔的直径约为2-8毫米,实际可见的模糊度将小于这个数字。

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