抬頭顯示器 (非序列)


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摘要:本文章說明如何把序列模式設計好的HUD拿到非序列模式中模擬。
原文作者:永田信一さん
原文發布時間:October 12, 2013
文章附件:請到下方附件中下載

請參考本知識庫中HUD的序列式設計介紹,這邊我們假設設計已經完成,需要轉換到非序列繼續模擬。
設計完成後,駕駛眼中所見的是遠方景色以及HUD投射的虛像,而這個效果我們可以透過非序列模式來模擬。
首先我們要說明如何把序列模式的系統轉換到非序列中。
HUD所用到的表面類型通常比較複雜,因此直接用CAD轉出是最快的。
下圖中,我們在序列模式中選擇File > CAD Files

http://forum.zemax.com/Uploads/Images/aff99fdf-9887-44c1-a0bb-a232.png

現在新開一個OpticStudio視窗,並切換到非序列模式,使用CAD Part: STEP/IGES/SAT物件匯入剛剛匯出的CAD檔,然後選取工具列上的CAD > Explode CAD Assembly分解工具。


點一下Get Part Count可以知道分解後有幾個CAD檔,點一下Explode就可以看到檔案被分解了。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/d45c18bd-6256-4d02-b668-92d5.png

其中第四個跟第二個是同一個檔案,因此我們把第四個刪掉,留下前三個檔案,如下。


現在我們還要在非序列模式中建立LCD光源,要知道光源所在的位置的話,可以回到序列模式,並在LCD前面插入一個Coordinate Break座標,然後到Object Properties > Tilt/Decenter,如下圖選擇Orientation XYZ,並選擇第1面。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/c02eeda0-9023-42cc-9c44-debf.png



以下說明這個範例設定中一些重要的部分。
下面是這次模擬所使用的150x50 BMP圖檔


下圖是模擬駕駛所看到景象用的800 x 600圖像。


讓我們設定讓擋風玻璃內表面有濾光功能,把LCD發出的波長的光線反射,並讓其餘波長光線通過。
因此我們在鍍膜設定檔中設定如下圖:
可以看到一個鍍膜的名稱為GREF,內容為548 nm以下波長的光通過、波長549 nm~551 nm的光反射、波長552 nm以上的光通過。
然後還可以看到I.99999999的設定,這代表所有光線都要通過,我們把這個特定設定給檔方玻璃的外表面。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/560ecb0b-8054-48ff-855a-d301.png

注意要在檔案中讀取這個鍍膜檔方可使用。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/b670dad4-312c-4db0-8102-ccff.png

在Object Properties > Coat/Scatter中選擇內表面的Face,然後賦予GREF鍍膜。


使用者可以打開Analyze > Coatings > Reflection vs. Wavelengths來確認看看反射率跟波長的關係。


其餘兩個CAD檔則直接指定Material欄位為MIRROR材質即可。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/ecdad1ee-7376-415e-87dc-9a92.png


HUD光源部分設定一個矩形光源以及投影片。

參數如下:
Object 5: Source Rectangle
X/Y/Z Position: 33.4735 mm / -170.292 mm / -1407.07 mm
Tilt About X/Y/Z: -114.4203 degrees / -4.0477 degrees / -10 degrees
Layout Rays: 100
Analysis Rays: 1e6
Power (Watt): 10
Wavenumber: 1
X/Y Half Width: 12.5 mm / 4.2 mm

Object 6: Slide
Ref Object: -1
Z Position: -0.01
X Full Width: 26

讓我們設定HUD使用的波長為550 nm單色,使用系統波長設置。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/3aeb7fea-6546-4d42-873c-b84a.png
並且因為光源方向相反,讓我們在光源5的Object Properties > Source中設定如下:


目前為止的系統看起來如下:

注意3D Layout中需勾選Split NSC Rays,已讓擋風玻璃上的鍍膜生效。

外界光源的部分如下:


Object 7: Source Rectangle
Y/Z Position: 278.3462 mm / -19.46386 mm
Tilt About X: -8 degrees
Layout Rays: 20
Analysis Rays: 1e8
Power (Watt): 1000
X/Y Half Width: 1000 mm / 500 mm
Source Distance: 2000 mm

Object 8: Slide
Ref Object: -1
Z Position: -0.01
X Full Width: 2000

同樣反轉光源光線:


表示外界景色的話需要使用白光,白光的設定如下 (Object 7 Properties > Source):


最後加上探測器,計算眼睛接收光線。

Object 9: Detector Color
Z Position: -2000 mm
Tilt About X/Y/Z: -8 degrees / 180 degrees / 180 degrees
Material: ABSORB
X/Y Half Width: 50 mm/20 mm
# X/Y Pixels: 400/200
X Angle Min/Max: -20/20
Y Angle Min/Max: -10/10

目前系統如下:



注意追跡時需要勾選Split NSC Rays。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/39b129b1-d7ea-40a9-99a7-8df7.png

追跡後,開啟Detector Viewer時,注意要設定Show Data: Angle Space。


下圖是模擬結果:



請下載附件檔案觀看設定範例。



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NSC HUD2.zar (68 views, 5.00 MB)
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