Ansys Zemax｜HUD 设计实例
摘要
本文介绍了HUD（抬头显示器）的设计实例，详细说明了其规格、光学系统布局和局部放大图。HUD通过挡风玻璃反射光线在司机眼前形成虚像。文中采用了逆向追迹法确定光瞳位置，并详细说明了镜头数据编辑、优化和评价函数设置过程。此外，还通过图像模拟评估了成像系统的质量，展示了眼盒内光线的成像效果，并指出了实际可见模糊度受人类瞳孔直径的影响。
正文
说明
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。
