抬頭顯示的案例
一期一會(huì) | 什么是抬頭顯示器（HUD）？
什么是抬頭顯示器？
抬頭顯示器（HUD）是一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）系統(tǒng)，它將直接在您的水平視線內(nèi)呈現(xiàn)信息，因此您不必移開視線就能讀取信息。 顧名思義，它有助于駕駛員將視線始終集中于道路，在讀取信息的同時(shí)抬頭正視前方。
抬頭顯示器的應(yīng)用有哪些？
雖然抬頭顯示器在車輛駕駛中的應(yīng)用最廣為人知，但其實(shí)該技術(shù)有許多其他用途。只要是操作人員需要同時(shí)觀察真實(shí)世界和查看數(shù)字信息的場(chǎng)景，HUD就可以提供幫助。比如，飛機(jī)、軍用車輛和重型機(jī)械等有人駕駛的系統(tǒng)，都是HUD的理想的用例。在這些情況下，信息會(huì)被投影到操作人員可以直接查看的位置，操作人員無需將目光從道路、天空或手頭的任務(wù)上移開。
HUD的另一個(gè)常見應(yīng)用領(lǐng)域是電子游戲。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備采用了HUD技術(shù)，使游戲玩家能夠看到游戲場(chǎng)景以及他們所處的真實(shí)物理環(huán)境。在這種應(yīng)用下，游戲會(huì)創(chuàng)造出一種混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，游戲玩家可以直接看到與玩家狀態(tài)相關(guān)信息（如生命值、尋路和游戲統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。
此外，遠(yuǎn)程醫(yī)療在全球的應(yīng)用，也增加了抬頭顯示器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。在臨床護(hù)理、教育培訓(xùn)、護(hù)理團(tuán)隊(duì)協(xié)作、甚至是AI指導(dǎo)的手術(shù)中，采用HUD技術(shù)的頭戴式顯示器和智能眼鏡為醫(yī)療專業(yè)人員提供了免手持操作的便利。
抬頭顯示器的類型
多種不同類型的抬頭顯示器，可滿足特定的用戶需求，無論是對(duì)于需要關(guān)注飛機(jī)交通的飛行員，還是需要留意咖啡桌邊緣的游戲玩家。環(huán)境、成本限制和用戶舒適度等諸多因素都會(huì)影響如何為應(yīng)用選擇合適的HUD類型。
但是，雖然可能因行業(yè)和用例而異，但大多數(shù)HUD都同樣由三大部分組成，即光源（如LED）、反射器（如擋風(fēng)玻璃、組合器或平面透鏡）和放大系統(tǒng)。
所有HUD都具有光源（圖像生成單元）和反射圖像的表面。（大多數(shù)情況下，此表面是透明的，使用戶能夠透過它看到現(xiàn)實(shí)世界的物體）。在光源和反射表面之間，通常有一個(gè)放大光學(xué)系統(tǒng)。
展開 AR｜奇景推LCoS相位調(diào)變新技術(shù)，搶進(jìn)車用AR抬頭顯示器
來源 ：鉅亨網(wǎng)
奇景光電5月19
日宣布，最新的 LCoS 相位調(diào)變 (phase modulation) 技術(shù)，可應(yīng)用在汽車擴(kuò)增實(shí)境抬頭顯示器(AR HUD)，提供全息影像顯示，可直接投射在駕駛視線的擋風(fēng)玻璃上。
奇景指出，以 LCoS 相位調(diào)變作為全息影像顯示的車用 AR 抬頭顯示器平臺(tái)，相較一般抬頭顯示器方案，不僅可達(dá)到更明亮、更高對(duì)比度的影像質(zhì)量，而且還可以同時(shí)顯示多個(gè)焦點(diǎn)平面影像，并具有更低功耗、更低成本和更小外形尺寸等特點(diǎn)。
奇景以提供兩個(gè)焦點(diǎn)平面的車用 AR 抬頭顯示器為例，使用奇景 LCoS 相位調(diào)變技術(shù)的產(chǎn)品，可將汽車儀表板信息，直接投射在駕駛視線內(nèi)的汽車擋風(fēng)玻璃上，顯示在焦點(diǎn) 50 公分處的焦點(diǎn)平面。
此外，還可同時(shí)投射導(dǎo)航地圖或?qū)崟r(shí)導(dǎo)航等訊息在擋風(fēng)玻璃上，顯示在焦點(diǎn)約 10 公尺處的焦點(diǎn)平面上，將訊息融入實(shí)際環(huán)境中，讓駕駛能更自然及安全的接收來自車上各種駕駛輔助訊息。
AR 抬頭顯示器也搭配專有的計(jì)算機(jī)計(jì)算全息演算計(jì)算引擎，可演算實(shí)時(shí) AR 融合訊息，以及進(jìn)行影像失真調(diào)整，以適應(yīng)不同的擋風(fēng)玻璃曲率。
奇景光電執(zhí)行長(zhǎng)吳炳昌表示，AR 抬頭顯示器將成為汽車重要關(guān)鍵配備之一，奇景 LCoS 相位調(diào)變可在車用 AR 抬頭顯示器中達(dá)到多焦點(diǎn)全息顯示，并打破目前抬頭顯示器通用標(biāo)準(zhǔn)。
展開 領(lǐng)取視頻 | 使用 Zemax OpticStudio 設(shè)計(jì)汽車抬頭顯示器（HUD）
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Zemax OpticStudio 如何模擬抬頭顯示（HUD）系統(tǒng)
通過這篇文章我們了解到如何在 OpticStudio 中創(chuàng)建抬頭顯示系統(tǒng)。抬頭顯示系統(tǒng)是一個(gè)透視顯示系統(tǒng)，它的作用在于在用戶不改變視角的情況下為用戶提供數(shù)據(jù)，最大程度的讓駕駛員的視線保持在路面上。為了實(shí)現(xiàn)透視顯示，系統(tǒng)必須在擋風(fēng)玻璃前形成一個(gè)虛像。該虛像的尺寸必須與儀表盤相近且不阻礙駕駛員的視線。另外，駕駛員應(yīng)該在一定空間內(nèi)都能看到該虛像，這個(gè)空間也叫視窗 (eyebox)。抬頭顯示系統(tǒng)有多種光路結(jié)構(gòu)，這篇文章和我們分享了其中一種。
今天我們?yōu)榇蠹覝?zhǔn)備了使用 Zemax OpticStudio 設(shè)計(jì)汽車抬頭顯示器（HUD）的學(xué)習(xí)視頻，方便大家學(xué)習(xí)交流。
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視頻內(nèi)容
HUD 設(shè)計(jì)概述
序列模式反向光路系統(tǒng)搭建。
展開 Ansys SPEOS汽車抬頭顯示器（HUD）的設(shè)計(jì)與分析
翻譯：上海安世亞太
概述
Ansys SPEOS HUD Design & Analysis提供了專門開發(fā)汽車抬頭顯示器（HUD）的先進(jìn)功能。在設(shè)計(jì)早期識(shí)別潛在問題，以在開發(fā)過程中大幅改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)。
有了直觀易懂的功能，可以從開始設(shè)計(jì)或進(jìn)行即時(shí)設(shè)計(jì)，從而直接在CAD環(huán)境中優(yōu)化布局和形狀。為不同身高的駕駛員生成設(shè)計(jì)變化，并顯示HUD系統(tǒng)所需的光學(xué)體。
圖2 根據(jù)具體定義的最優(yōu)配置比較
通過SPEOS HUD Design & Analysis，根據(jù)擋風(fēng)玻璃形狀和封裝限制（這些限制要求高度緊湊的設(shè)計(jì)），研究抬頭顯示器的技術(shù)可行性。自動(dòng)化工具有助于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提高圖像的感知質(zhì)量。具體而言，該工具可以：
優(yōu)化布局和形狀
生成旋轉(zhuǎn)軸
計(jì)算駕駛員身高變化的角度
自動(dòng)顯示所需光學(xué)體
該功能可以對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀鑒定，并比較多個(gè)可選擇的光學(xué)和視覺性能，根據(jù)自己的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)來衡量合規(guī)性。
圖3 玻璃厚度對(duì)重像可視化影響的評(píng)估
HUD光學(xué)設(shè)計(jì)
圖4 成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟
通過自動(dòng)優(yōu)化光學(xué)反射器布局和形狀，Ansys SPEOS HUD光學(xué)設(shè)計(jì)幫助您為汽車抬頭顯示器創(chuàng)建完整的光學(xué)系統(tǒng)。這種優(yōu)化保證了從指定的三維eyebox或head motion box、目標(biāo)圖像和擋風(fēng)玻璃形狀獲得最高質(zhì)量的虛擬圖像。
圖5 從不同eyebox位置評(píng)估圖像
初始表面生成的反射器形狀與幾何運(yùn)算自然兼容。這有助于避免幾何變換、手動(dòng)轉(zhuǎn)移操作、多產(chǎn)品定義和模具設(shè)計(jì)的特定過程造成的精度損失。
SPEOS HUD光學(xué)設(shè)計(jì)自動(dòng)設(shè)計(jì)多自由曲面反射器：根據(jù)力學(xué)約束交互定義元件數(shù)量、距離和方向。
展開 
抬頭顯示系統(tǒng)HUD（一）：HUD系統(tǒng)概述
在奔馳的AR-HUD系統(tǒng)上，AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)令導(dǎo)航信息與實(shí)際路面信息疊加，導(dǎo)航信息的顯示更為直接且易于理解。且AR-HUD結(jié)合ADAS功能，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行道路危險(xiǎn)警示和預(yù)告路況，提升駕駛安全性。
圖 2 奔馳S AR-HUD
二、 HUD技術(shù)的意義
1. 提升駕駛安全性
正常駕駛時(shí)，人眼需要在道路和儀表之間來回切換，容易導(dǎo)致視覺疲勞和注意力分散。一項(xiàng)美國(guó)的研究表明，假設(shè)車輛行駛速度是120km/h，如果駕駛者的視線偏離路面2秒以上，車輛會(huì)行駛超過65m的距離。
HUD技術(shù)的最大意義就是可以讓駕駛者不用將視線從路面上挪開就能獲取大量的信息：駕駛員查看HUD上的信息，需要低頭5°~10°，而查看組合儀表需要低頭20°~25°。
圖 3 HUD解決低頭看儀表痛點(diǎn)
2. 提升人機(jī)交互體驗(yàn)
除了提升駕駛安全性外，HUD技術(shù)還可進(jìn)一步提升人機(jī)交互體驗(yàn)。一方面，HUD可讓車況、智能駕駛等信息的顯示更為高效；另一方面，HUD還可大幅增強(qiáng)導(dǎo)航的顯示效果，使二維導(dǎo)航邁向?qū)嵕皩?dǎo)航。
圖 4 AR-HUD實(shí)景導(dǎo)航
隨著人們對(duì)駕駛安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，HUD系統(tǒng)會(huì)不斷普及到中低檔汽車中，讓普通人也能享受到科技帶來的安全享受。
三、 HUD的分類
汽車HUD主要有三種類型：組合型抬頭顯示系統(tǒng)C-HUD（Combiner-HUD）、風(fēng)擋型抬頭顯示W-HUD（Windshield-HUD）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型抬頭顯示系統(tǒng)AR-HUD（Augmented Reality HUD）。
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展開 ZEMAX OpticStudio 如何模擬抬頭顯示（HUD）系統(tǒng)
今天和大家分享一個(gè) HUD 設(shè)計(jì)案例
OpticStudio 如何模擬抬頭顯示系統(tǒng)
概
述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中創(chuàng)建抬頭顯示系統(tǒng)。抬頭顯示系統(tǒng)是一個(gè)透視顯示系統(tǒng)，它的作用在于在用戶不改變視角的情況下為用戶提供數(shù)據(jù)，最大程度的讓駕駛員的視線保持在路面上。為了實(shí)現(xiàn)透視顯示，系統(tǒng)必須在擋風(fēng)玻璃前形成一個(gè)虛像。該虛像的尺寸必須與儀表盤相近且不阻礙駕駛員的視線。另外，駕駛員應(yīng)該在一定空間內(nèi)都能看到該虛像，這個(gè)空間也叫視窗 (eyebox)
抬頭顯示系統(tǒng)有多種光路結(jié)構(gòu)，本文將和大家分享其中一種結(jié)構(gòu)。
展開 OpticStudio如何模擬抬頭顯示（HUD）系統(tǒng)
改變光楔的角度，直至重影完全消失，得到如下結(jié)果：
小結(jié)
今天和大家分享了一種抬頭顯示系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)。本文首先建立了反向初始結(jié)構(gòu)。并使用惠更斯MTF和圖像模擬功能分析了最終設(shè)計(jì)的成像結(jié)果。通過圖像模擬和光跡圖對(duì)重影現(xiàn)象進(jìn)行了仿真，并驗(yàn)證了楔形擋風(fēng)玻璃對(duì)重影的校正效果。
12/9 融合Ansys Lumerical 和Ansys SPEOS的全新設(shè)計(jì)流程 - 以抬頭顯示
本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)我們將以抬頭顯示器（HUD）為例，介紹全新的設(shè)計(jì)流程，借助Ansys Lumerical內(nèi)置的優(yōu)化工具，能夠優(yōu)化微結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到均勻的反射頻譜以及低光損耗，接下來把這些數(shù)據(jù)輸出給Ansys SPEOS，在SPEOS中整合不同光源及光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的仿真，分析和評(píng)價(jià)現(xiàn)行設(shè)計(jì)的光學(xué)效果。會(huì)上將詳細(xì)介紹結(jié)合波動(dòng)光學(xué)工具Ansys Lumerical及幾何光學(xué)工具Ansys SPEOS，討論如何在兩個(gè)工具間傳遞仿真分析所需的資料，并對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能做出評(píng)估。
會(huì)議主題
融合Ansys Lumerical 和Ansys SPEOS的全新設(shè)計(jì)流程-以抬頭顯示器為例
時(shí)間
12月9日（星期三），16:00-17:00
講師介紹
陳致豪
大學(xué)就讀於清華大學(xué)電機(jī)系，在臺(tái)灣大學(xué)光電工程研究所取得碩士學(xué)位。畢業(yè)後曾就職於顯示器產(chǎn)業(yè)，研究液晶光學(xué)以及液晶顯示器光學(xué)設(shè)計(jì)，有六年液晶顯示器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在2020年加入Ansys/Lumerical擔(dān)任應(yīng)用工程師，熟悉FDTD和MODE仿真工具。
展開 設(shè)計(jì)抬頭顯示器時(shí)要使用哪些 OpticStudio 工具 – 第三部分
相關(guān)閱讀
設(shè)計(jì)抬頭顯示器時(shí)要使用哪些 OpticStudio 工具 – 第二部分
設(shè)計(jì)抬頭顯示器時(shí)要使用哪些 OpticStudio 工具 – 第一部分
探究 Zemax OpticStudio偏振分析功能
Zemax Lumerical Speos 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)衍射光波導(dǎo)AR系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真
如何利用 Zemax OpticStudio 模擬 AR 系統(tǒng)中的全息光波導(dǎo)
在 Zemax OpticStudio 中建立增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器
如何在Zemax OpticStudio用戶自定義表面真實(shí)建模衍射式人工晶狀體透鏡
如何使用 Zemax OpticStudio 進(jìn)行雜散光分析
如何運(yùn)用OpticStudio對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
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展開 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示AR-HUD
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示（AR-HUD）可以將當(dāng)前車身狀態(tài)、障礙物提醒等信息3D投影在前擋風(fēng)玻璃上，并通過自研的AR-Creator算法，融合實(shí)際道路場(chǎng)景進(jìn)行導(dǎo)航，使駕駛員無需低頭即可了解車輛實(shí)時(shí)行駛狀況。結(jié)合DMS系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)追蹤功能。使駕駛更安全的同時(shí)，提高了產(chǎn)品的交互性。
產(chǎn)品功能
車輛信息顯示
導(dǎo)航信息顯示
車道線、障礙物提醒
車內(nèi)觀影
解決方案優(yōu)勢(shì)
防抖算法
大視場(chǎng)角
超遠(yuǎn)人眼感知距離
高色域
高分辨率
高亮度
高對(duì)比度
設(shè)計(jì)抬頭顯示器時(shí)要使用哪些 OpticStudio 工具 – 第二部分
本文為使用OpticStudio工具設(shè)計(jì)優(yōu)化HUD抬頭顯示器系統(tǒng)的第二部分，主要包含演示了如何使用OpticStudio工具設(shè)計(jì)分析抬頭顯示器（HUD）性能，即全視場(chǎng)像差（FFA）和NSC矢高圖。
上篇文章中，我們主要介紹了如何以逆向方式對(duì)于HUD系統(tǒng)進(jìn)行建模，下一步我們將根據(jù)分析系統(tǒng)的初始性能，并結(jié)合具體設(shè)計(jì)指標(biāo)了解如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制與優(yōu)化。
初始性能
增加系統(tǒng)像差的因素是風(fēng)擋玻璃，我們可以對(duì)于像差進(jìn)行分析。
該系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為來自無窮遠(yuǎn)處(眼睛)的光，并被風(fēng)擋玻璃反射；反射后，點(diǎn)列圖可以告訴我們?cè)凇罢鎸?shí)”風(fēng)擋玻璃和理想風(fēng)擋玻璃(平面鏡)的情況下的光線角度。
以下是定義文件的不同步驟：
忽略表面6至11；
將視場(chǎng)類型轉(zhuǎn)換為角度；
將“物面厚度”值設(shè)置為“無限”；
在風(fēng)擋玻璃后面添加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)表面，作為理想平面風(fēng)擋玻璃的模型。將材質(zhì)設(shè)置為“MIRROR”。在“Surface 4 Properties”的“Aperture”下，從“Surface 3”中拾取“Aperture”；
創(chuàng)建兩種多重結(jié)構(gòu)：一種帶有“真正”風(fēng)擋玻璃，另一種帶有理想的平面反射風(fēng)擋玻璃(表面3和4)；
勾選System Explorer…Aperture下的Afocal Image Space，設(shè)置單位為角度。
展開 
Ansys Zemax｜在設(shè)計(jì)抬頭顯示器(HUD)時(shí)需要使用哪些工具？
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汽車抬頭顯示器或汽車平視顯示器，也被稱為HUD，是在汽車中顯示數(shù)據(jù)的透明顯示器，不需要用戶低頭就能看到他們需要的重要資訊。這個(gè)名字的由來是由于該技術(shù)能夠讓飛行員在頭部“向上”并向前看的情況下查看信息，而不是斜著眼睛看下面的儀表。
這篇文章節(jié)選了在設(shè)計(jì)和分析抬頭顯示器（HUD）的性能時(shí)所使用的 OpticStudio 工具。
HUD 概述
下面是 HUD 的簡(jiǎn)圖。液晶顯示器（LCD）會(huì)發(fā)光，這些光被構(gòu)成 HUD 的兩個(gè)鏡子反射，然后再被擋風(fēng)玻璃反射，最后進(jìn)入駕駛員的眼睛。駕駛員看到的是位于道路上的虛像，該虛像為駕駛員提供例如速度等信息。
駕駛員在駕駛過程中會(huì)移動(dòng)頭部改變視角。視窗（eyebox）是一個(gè)虛擬空間，代表駕駛員在該空間內(nèi)都能看到虛像。
讓我們來看一個(gè) HUD 系統(tǒng)示例，其規(guī)格參數(shù)如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當(dāng)前的行駛速度
結(jié)構(gòu)限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風(fēng)玻璃將充當(dāng)分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個(gè)寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內(nèi)。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設(shè)定為4毫米。
LCD 顯示屏尺寸為寬 ± 12.5mm，高 ± 5mm。
放大倍數(shù) = 6
設(shè)計(jì) HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設(shè)計(jì)是在序列模式下反向進(jìn)行的。為什么呢？因?yàn)閺鸟{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(tǒng)前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對(duì)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(tǒng)反轉(zhuǎn)，這將能夠“真實(shí)”模擬人眼在汽車前進(jìn)方向上看到的畫面的成像質(zhì)量。
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概要
汽車抬頭顯示器或汽車平視顯示器，也被稱為HUD，是在汽車中顯示數(shù)據(jù)的透明顯示器，不需要用戶低頭就能看到他們需要的重要資訊。這個(gè)名字的由來是由于該技術(shù)能夠讓飛行員在頭部“向上”并向前看的情況下查看信息，而不是斜著眼睛看下面的儀表。
這篇文章節(jié)選了在設(shè)計(jì)和分析抬頭顯示器（HUD）的性能時(shí)所使用的 OpticStudio 工具。
HUD 概述
下面是 HUD 的簡(jiǎn)圖。液晶顯示器（LCD）會(huì)發(fā)光，這些光被構(gòu)成 HUD 的兩個(gè)鏡子反射，然后再被擋風(fēng)玻璃反射，最后進(jìn)入駕駛員的眼睛。駕駛員看到的是位于道路上的虛像，該虛像為駕駛員提供例如速度等信息。
駕駛員在駕駛過程中會(huì)移動(dòng)頭部改變視角。視窗（eyebox）是一個(gè)虛擬空間，代表駕駛員在該空間內(nèi)都能看到虛像。
讓我們來看一個(gè) HUD 系統(tǒng)示例，其規(guī)格參數(shù)如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當(dāng)前的行駛速度
結(jié)構(gòu)限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風(fēng)玻璃將充當(dāng)分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個(gè)寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內(nèi)。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設(shè)定為4毫米。
LCD 顯示屏尺寸為寬 ± 12.5mm，高 ± 5mm。
放大倍數(shù) = 6
設(shè)計(jì) HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設(shè)計(jì)是在序列模式下反向進(jìn)行的。為什么呢？因?yàn)閺鸟{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(tǒng)前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對(duì)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(tǒng)反轉(zhuǎn)，這將能夠“真實(shí)”模擬人眼在汽車前進(jìn)方向上看到的畫面的成像質(zhì)量。
展開 ZEMAX軟件技術(shù)應(yīng)用專題：在設(shè)計(jì)抬頭顯示器(HUD)時(shí)需要使用哪些工具？
在設(shè)計(jì)抬頭顯示器(HUD)時(shí)需要使用哪些工具？
汽車抬頭顯示器或汽車平視顯示器，也被稱為HUD，是在汽車中顯示數(shù)據(jù)的透明顯示器，不需要用戶低頭就能看到他們需要的重要資訊。這個(gè)名字的由來是由于該技術(shù)能夠讓飛行員在頭部“向上”并向前看的情況下查看信息，而不是斜著眼睛看下面的儀表。
這篇博文介紹了在設(shè)計(jì)和分析抬頭顯示器（HUD）的性能時(shí)所使用的 OpticStudio 工具。
HUD 概述
下面是 HUD 的簡(jiǎn)圖。液晶顯示器（LCD）會(huì)發(fā)光，這些光被構(gòu)成 HUD 的兩個(gè)鏡子反射，然后再被擋風(fēng)玻璃反射，最后進(jìn)入駕駛員的眼睛。駕駛員看到的是位于道路上的虛像，該虛像為駕駛員提供例如速度等信息。
駕駛員在駕駛過程中會(huì)移動(dòng)頭部改變視角。視窗（eyebox）是一個(gè)虛擬空間，代表駕駛員在該空間內(nèi)都能看到虛像。
讓我們來看一個(gè) HUD 系統(tǒng)示例，其規(guī)格參數(shù)如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當(dāng)前的行駛速度
結(jié)構(gòu)限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風(fēng)玻璃將充當(dāng)分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個(gè)寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內(nèi)。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設(shè)定為4毫米。
LCD 顯示屏尺寸為寬 ± 12.5mm，高 ± 5mm。
放大倍數(shù) = 6
設(shè)計(jì) HUD 的步驟
從虛像到顯示器：設(shè)計(jì)是在序列模式下反向進(jìn)行的。為什么呢？因?yàn)閺鸟{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(tǒng)前方，即視窗所在的位置。在光闌面放置矩形孔徑以表述對(duì)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(tǒng)反轉(zhuǎn)，這將能夠“真實(shí)”模擬人眼在汽車前進(jìn)方向上看到的畫面的成像質(zhì)量。
展開 Ansys Zemax | 設(shè)計(jì)抬頭顯示器時(shí)要使用哪些工具 – 第一部分
它將顯示駕駛員使用抬頭顯示器看到的真實(shí)圖像。
步驟1：從虛像到顯示器(逆向設(shè)計(jì))
初始結(jié)構(gòu)
為了方便起見，已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)模板，其中包含所有的初始結(jié)構(gòu)。在附件中即可看到。初始結(jié)構(gòu)中包含整個(gè)風(fēng)擋玻璃的自由曲面模型。風(fēng)擋玻璃可視為一個(gè)擴(kuò)展多項(xiàng)式表面。
系統(tǒng)選項(xiàng)：
?孔徑：眼盒是系統(tǒng)的光闌面，因此它代表了駕駛員眼睛的位置范圍：寬度=±50毫米，高度=±20毫米，所以我們將該尺寸的矩形孔徑放置在光闌面。
入瞳直徑(EPD)計(jì)算可得2 × (20?2 +50 ?2) ?2 = 108毫米。
?視場(chǎng)：視場(chǎng)類型為物高，規(guī)格定義為矩形。在實(shí)際系統(tǒng)中，LDC顯示器上的圖像為虛像尺寸的6倍，因?yàn)楫?dāng)前的設(shè)計(jì)是逆向從虛擬圖像到LCD顯示器的，因此可以計(jì)算虛像的大小，并將其用作“視場(chǎng)編輯器”中定義視場(chǎng)大小的物高。液晶顯示器尺寸為：寬度=±12.5毫米，高度=±5毫米。因此，物高尺寸應(yīng)該是此值的6倍。
視場(chǎng)寬度=±75毫米(6 x 12.5)，視場(chǎng)高度=±30毫米(6 x 5)
?波長(zhǎng)：LCD顯示器將發(fā)出0.55微米的波長(zhǎng)
風(fēng)擋玻璃
可以對(duì)整個(gè)風(fēng)擋玻璃進(jìn)行建模，也可以僅對(duì)HUD使用的風(fēng)擋玻璃區(qū)域進(jìn)行建模。
要找到“考察”區(qū)域，可以使用Footprint Diagram工具顯示疊加在風(fēng)擋玻璃表面上的光線跡點(diǎn)情況：
風(fēng)擋玻璃建模：
風(fēng)擋玻璃模型：
風(fēng)擋玻璃可以用序列模式表面來描述，如自由曲面或非序列CAD零件。如果將其描述為插入序列系統(tǒng)的非序列CAD零件，則系統(tǒng)變?yōu)榛旌夏Ｊ健＿@在從虛像到顯示器的逆向系統(tǒng)建模時(shí)效果良好，但在正向工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)楣怅@面位于非序列結(jié)構(gòu)表面之后（違反混合模式建模規(guī)則）。
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