HUD設計
關注創建者：bobo. 創建時間：2020-03-26
HUD設計的視頻教程
智能輔助HUD系統的設計與仿真評估
研討會內容簡介： Ansys SPEOS HUD在汽車抬頭顯示的設計與分析功能介紹，包括HUD的設計及參數設置，HUD設計優化功能，HUD成像雜散光分析，HUD動態視覺體驗。
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Ansys VRX-HMI帶你體驗虛擬智能座艙
適用人群：座艙設計人員, OEM主機廠整車集成部門，內飾燈光設計部門，HUD設計以及驗證人員。 Ansys VRX-HMI帶你體驗虛擬智能座艙【已結束】? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 直播時間：2020-03-25 16:00 隨著技術的發展，以及各種新技術的應用，功能驗證以及安全驗證問題日趨嚴重。
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HUD設計的實例教程
直播背景
當今汽車行業自動駕駛正在迅速發展中，在自動駕駛中最基本的輔助顯示系統就是HUD，它能在駕駛員需要不可預知的情況下接管汽車，進入手動駕駛時持續的把道路提示警告信息提供給駕駛員，以避免交通事故的發生。因此，HUD與汽車系統相結合可以顯示更多有效信息，同時提供可靠的、清晰的3D視覺圖像，滿足系統安全性要求，都對供應商以及OEM提出了更高的要求。
Ansys SPEOS HUD是專業用于汽車抬頭顯示器設計和分析的直觀應用工具，將光學設計集成到CAD平臺，評價光學設計和視覺性能。光學設計功能提供了光學系統的設計與CAD結構的建模功能，專業提供HUD光學系統設計和CAD結構設計的一體化方案；光學分析功能提供光學系統設計最終效果的仿真分析，在CAD環境中提供直觀的可視化來分析和理解與虛擬圖像缺陷相關的高級光學概念，包括分析光學設計成像效果，分析CAD結構和其他輔助結構對于HUD成像光學性能影響；同時，可以通過視覺可視化仿真功能展示給駕駛員HUD顯示內容，客觀評定圖像質量，進一步通過駕駛模擬、環境模擬和HUD顯示內容結合，提供最佳解決方案。
研討會內容簡介：
Ansys SPEOS HUD在汽車抬頭顯示的設計與分析功能介紹，包括HUD的設計及參數設置，HUD設計優化功能，HUD成像雜散光分析，HUD動態視覺體驗。
講師簡介：
劉洋，Ansys SBU光學應用工程師，負責Ansys SPEOS光學仿真技術工作，為多個行業客戶提供光學解決方案、咨詢和技術支持，在航空照明設計、駕駛艙內飾人機工效分析等方面有豐富的經驗。
適用人群
汽車主機廠和零部件供應商，光學工程師，設計工程師等相關人士
報名方式
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汽車抬頭顯示器HUD能夠讓駕駛員安全有效地讀取行車過程中的重要信息，包括車速、警示信號、導航指示等ADAS信息，所以關于HUD的相關設計是汽車駕艙中的重要技術方向。對于如何更好地設計和分析HUD抬頭顯示器，光研科技南京有限公司特別為大家舉辦一場主題為《Ansys光學解決方案在HUD中的應用》的網絡研討會！
本次研討會將首先對HUD和其發展現狀及相關技術做簡單的介紹，然后再為大家講解Ansys光學解決方案中如何設計和分析HUD系統的問題，其中包含工作流中Zemax、Speos和Lumerical分別在HUD設計中的詳細應用，實現HUD微觀到宏觀的設計，并模擬真實環境下駕駛員視角的場景信息，以此衡量HUD的整體設計效果。歡迎大家預約報名！
會議時間
2023年3月16日10:00-11:00
講師介紹
劉寧寧|光研科技南京有限公司技術經理
哈爾濱工程大學光學工程碩士學位。負責光學解決方案項目、中國地區光學軟件的技術和培訓課程，在光學項目設計開發、技術指導、課程培訓等方面積累了大量的實戰和教學經驗。
先后主導了AR-HUD、汽車智能大燈、冬奧會定制項目、VR眼鏡、Tof鏡頭、VCSEL準直光路、熒光檢測系統等項目的開發和制作。在LED照明、激光、光通信等光學系統設計領域，也有著豐富的設計研發經驗，曾負責省科技廳支撐項目LED矩陣照明系統開發，教育照明系統項目設計開發，LED拷貝臺項目設計開發。同時在LED產品的光色電、安規檢測等方面有著豐富的經驗。
共發表相關專利7篇。曾受聘于南京理工大學電光院，作為兼職教師，為期五年。指導數名研究生畢業設計課題。
展開 翻譯：上海安世亞太
概述
Ansys SPEOS HUD Design & Analysis提供了專門開發汽車抬頭顯示器（HUD）的先進功能。在設計早期識別潛在問題，以在開發過程中大幅改進光學系統。
有了直觀易懂的功能，可以從開始設計或進行即時設計，從而直接在CAD環境中優化布局和形狀。為不同身高的駕駛員生成設計變化，并顯示HUD系統所需的光學體。
圖2 根據具體定義的最優配置比較
通過SPEOS HUD Design & Analysis，根據擋風玻璃形狀和封裝限制（這些限制要求高度緊湊的設計），研究抬頭顯示器的技術可行性。自動化工具有助于光學系統設計并提高圖像的感知質量。具體而言，該工具可以：
優化布局和形狀
生成旋轉軸
計算駕駛員身高變化的角度
自動顯示所需光學體
該功能可以對圖像質量進行客觀鑒定，并比較多個可選擇的光學和視覺性能，根據自己的驗收標準來衡量合規性。
圖3 玻璃厚度對重像可視化影響的評估
HUD光學設計
圖4 成像系統的設計步驟
通過自動優化光學反射器布局和形狀，Ansys SPEOS HUD光學設計幫助您為汽車抬頭顯示器創建完整的光學系統。這種優化保證了從指定的三維eyebox或head motion box、目標圖像和擋風玻璃形狀獲得最高質量的虛擬圖像。
圖5 從不同eyebox位置評估圖像
初始表面生成的反射器形狀與幾何運算自然兼容。這有助于避免幾何變換、手動轉移操作、多產品定義和模具設計的特定過程造成的精度損失。
SPEOS HUD光學設計自動設計多自由曲面反射器：根據力學約束交互定義元件數量、距離和方向。
展開 說明
本文介紹了HUD設計實例。
實例說明
規格如下：
顯示器尺寸：24*8mm
眼盒尺寸：100*40mm
放大倍率：5 （虛像尺寸 120*40mm）
虛像距離：1.8m
最終光學系統的整體布局如下圖所示。
從HUD發出的光被擋風玻璃反射并到達司機的眼睛。
司機看到擋風玻璃后的虛像。
下圖是HUD局部放大圖。
離開液晶面板（LCD）的光線被一個平面鏡反射，進入一個自由曲面鏡。
由自由曲面鏡反射的光線再次被平面鏡反射，然后進入擋風玻璃。
在這樣的光學系統中，入瞳是駕駛員的眼睛。
如果光線從LCD開始，光瞳位于許多鏡面之外，這就很難找到光瞳的位置。出于這個原因，在這種情況下使用了逆向追跡。
如果光束是從駕駛員看到的虛像開始的，入瞳的位置就不會受到光學器件的影響。然而，需要注意的是，逆向追跡的慧差，畸變以及垂軸色差跟原系統是互逆關系。
鏡頭數據編輯器如下所示。
平面鏡被照亮了兩次，因此平面9的坐標斷點的參數拾取了平面7。
入瞳被設定為圓周直徑為108毫米，這是駕駛員眼睛位置的變化范圍。
定義一個100×40毫米的矩形孔徑，只提取必要的光線。
視場尺寸由虛像的大小來定義。
優化是通過設置優化向導來進行的，具體方法如下。
對于這個光學系統，將 "光瞳積分法 "設置為 "矩形陣列"，因為入瞳是矩形的。
勾選 "刪除漸暈光線 "以刪除光圈平面內漸暈的光線。
評價函數設置如下：
第12行定義了Y方向的放大率，第16行定義了X方向的放大率。
展開 HUD（Heads-up-display）中文簡稱抬頭顯示，是一種光學器件，其工作原理與投影儀基本相同，將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質（玻璃等）上。
圖源網絡
按照產品的迭代，一般我們可以把市面上車載HUD產品分為C-HUD、W-HUD、AR-HUD和全景HUD等四類。其中C-HUD（組合抬頭顯示）發展最早，逐漸面臨淘汰；W-HUD（擋風玻璃抬頭顯示）是目前技術主流，發展迅速；AR-HUD是未來發展趨勢之一，但受限于技術及成本，商業化應用處于起步階段；全景HUD則處于技術早期，商業化應用有待突破。
對于如何能更好地設計與分析 HUD 抬頭顯示器，武漢宇熠將于2023年4月3日舉辦一場免費線上研討會—— 『使用 Ansys Speos 設計 HUD 解決方案』。
本次會議有助于幫助大家深入交流 HUD 抬頭顯示的產業現狀及趨勢，了解使用 Ansys Speos 在 HUD設計方向的流程化設計思路以及 Ansys Speos 與 Ansys Zemax 聯合設計的解決方案。
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說明
本文介紹了HUD設計實例。
實例說明
規格如下：
顯示器尺寸：24*8mm
眼盒尺寸：100*40mm
放大倍率：5 （虛像尺寸 120*40mm）
虛像距離：1.8m
最終光學系統的整體布局如下圖所示。
從HUD發出的光被擋風玻璃反射并到達司機的眼睛。
司機看到擋風玻璃后的虛像。
OAS 在衍射波導仿真中的精度與效率得到驗證，可支撐車載 AR?HUD 從概念設計到工程落地的高效迭代，助力國產高端車載光學顯示系統自主研發與性能升級。
放大倍數 = 6
設計 HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設計是在序列模式下反向進行的。為什么呢？因為從駕駛員看到的虛像開始模擬很方便。這樣就可以將光闌面放置在系統前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對眼睛位置的約束。
從顯示器到虛像：之后在序列模式下將系統反轉，這將能夠“真實”模擬人眼在汽車前進方向上看到的畫面的成像質量。
為了考慮與人類相關的因素，HUD設計人員會使用仿真技術。通過對模型進行數字測試和驗證，他們在使用成本高昂的物理原型之前，或者甚至無需物理原型，即可主動解決許多場景和技術挑戰。
引言
在智能駕駛浪潮下，車載抬頭顯示器（HUD）已從“輔助工具”升級為“人機交互核心”，其中增強現實（AR）技術與HUD的融合（AR-HUD）更是憑借“虛實融合、信息疊加”的優勢，成為提升駕駛安全性與交互體驗的關鍵技術。然而，當前AR-HUD行業仍面臨三大核心痛點：圖像源（PGU）成本高、亮度不足、陽光倒灌致器件損壞。
上海大學微電子學院戴高宇團隊在《光學學報》發表的研究論文《面向微顯示芯片的車載抬頭顯示光路設計
該工具可對汽車內外飾燈具等光學結構進行快速參數化設計和修改；可定性/定量進行燈具的配光分析、法律法規驗證、照度模擬分析等；能通過數字化建模為攝像頭、激光雷達傳感器等提供測試環境；還可進行HUD光路設計，優化反射鏡和組合器的光學形狀。
通過運用 OAS 光學軟件對車載 HUD 系統進行設計與優化，以下是詳細案例設置：
案例設置與操作
光源參數配置
本案例選用圖片光源，其能提供穩定且符合需求的光線，為后續成像奠定基礎。OAS 軟件支持多種光源類型，可靈活根據實際需求進行設置與調整，確保光源在系統中的最佳適配。
反射鏡設置
HUD 由兩個反射鏡構成，一個為平面反射鏡，另一個是自由曲面反射鏡。
該工具可對汽車內外飾燈具等光學結構進行快速參數化設計和修改；可定性/定量進行燈具的配光分析、法律法規驗證、照度模擬分析等；能通過數字化建模為攝像頭、激光雷達傳感器等提供測試環境；還可進行HUD光路設計，優化反射鏡和組合器的光學形狀。
放大倍數 = 6
設計 HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設計是在序列模式下反向進行的。為什么呢？因為從駕駛員看到的虛像開始模擬很方便。這樣就可以將光闌面放置在系統前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對眼睛位置的約束。
從顯示器到虛像：之后在序列模式下將系統反轉，這將能夠“真實”模擬人眼在汽車前進方向上看到的畫面的成像質量。
第二種方法是使用optical design exchange（ODX）適用于所有應用（相機，HUD…）光學設計的交換，這種方法傳輸全光學系統及其光學特性，這個模型考慮了通過系統的所有光路。
