[已解决]HUD官方视频的疑惑

姚xinjian

HUD官方设计视频地址如下：
Zemax 網路研討會：使用 OpticStudio 設計汽車抬頭顯示器 (HUD)_哔哩哔哩_bilibili


在该视频中，我有以下几个疑惑，希望大家能帮助解答一下：
1.在该案例中，逆向设计的光线路径为：虚像 → eyebox  →风挡 →  平面反射镜 → 自由曲面镜 → 再次回到平面反射镜 → LCD
我在看了很多HUD的论文和专利中，大部分都只有3次反射，即 eyebox  →风挡 →  反射镜1 → 反射镜2 → LCD
那么，案例中多使用1次反射镜的意义是什么？而且是使用相同的一块反射镜

2.在HUD设计中，除了风挡以外，很多方案都是 风挡 →  自由曲面镜 → 平面反射镜 → LCD
最后一块反射镜用为什么一定要用平面镜呢，或者说在该位置使用平面镜相对于使用非平面镜的优点是什么？

3.在案例中，透镜之间的间隔、透镜的倾斜偏心角度都是一开始固定，这些参数是在设计之初就确定的么？因为在优化离轴三反的光学系统中，这些都是可以参与优化的


4.在案例中，评价函数只有一个放大率和畸变，那么在实际设计过程中，还需要关注哪些参数？

5.在很多文献中都提到了视场角，但是在案例中没有体现出来，请问这部分是在哪里体现的？

6.在论坛上找到的一篇文章，里面提到虚像与人眼的水平夹角在0-3°比较好，请问这个怎么设置啊？

最佳答案

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佛跳墙

2024-4-16 22:59

姚xinjian 发表于 2024-4-14 11:31
感谢回复。

针对第3点，手动调整的意思，就是先调整这些参数，使得最终成像的放大率满足大致要求，且尽 ...

3.相当于你手动搭建一个镜头设计，你需要调整R值，厚度等参数，让光线汇聚，且没有过多的光线跑飞，然后再细优化。整个光路是有光线的，光线外包络能体现整个HUD体积的。虽然实际HUD会根据车空间以及结构件做相应切割。

4.平常所说的下视角都是中心眼盒下视角，上下眼盒下视角会根据光路相应调整。
5.我表述可能有问题。实际的光路是LCD发光，经过镜子和风挡反射到人眼，反向延长线汇聚的虚像就是HUD成的像。设计的时候是虚像发光，光线进入人眼，但是风挡和人眼这一段的光路拆解成风挡和两个镜子反射，进入到LCD，设计的时候，虚像是物，LCD是像。仿真杂光正向逆向光路都有，实际杂光模拟需要花很长时间，以往是只需要仿真出光路，对对应结构件做消光处理就行，现在慢慢开始光学需要调整反射镜角度和位置去规避部分杂光了。
6.LCD杂光也包含很多块，其中一部分是要保证LCD发光后，打在反射镜后，反射回来的光线不能再回到LCD上，所以LCD和光线需要有一定的角度。

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佛跳墙

1.视频里不知道为啥，但实际做的时候基本都是   eyebox  →风挡 →  反射镜1 → 反射镜2 → LCD   这个路径，有专利是  eyebox  →风挡 →  反射镜 → LCD  这个路径，国内也有公司准备做这个路径，但最后没落地。
2.不一定用平面镜，优点：便宜，好加工组装，毕竟少很多公差量。如果设计难度大，要求高，是可以逐渐上柱面镜，多一个曲率变量，甚至上自由曲面镜的。就和镜头设计一样，最好纯球面。
3.不固定，需要先手动调整，让镜片接住光线，让光路走通，之后再给变量优化。
4.不同观察位置观察虚像，虚像会变化，比如大小，旋转角度之类变化，虚像的动态变化，关注的就是这些参数。
5.视场设置那设置，矩形视场XY
6.这你需要找文献，明白模型怎么设置才能理解了，需要用坐标断点来改变光线传输角度的。

姚xinjian

佛跳墙 发表于 2024-4-13 22:34
1.视频里不知道为啥，但实际做的时候基本都是   eyebox  →风挡 →  反射镜1 → 反射镜2 → LCD   这个路径 ...

感谢回复。

针对第3点，手动调整的意思，就是先调整这些参数，使得最终成像的放大率满足大致要求，且尽可能的缩小体积。
但是在zemax中，好像没有东西能直观的看出整个光学系统的体积的

针对第4点，是否就是要在多重结构中设置eyebox？


针对第5点，在官方案例中，eyebox是设置在视场中的，而且没有提到视场角的概念，但是我看到的很多文献，都是用多重结构去设置eyebox的
那么在实际案例中，是否如你所说，field中设置视场角，也就是10*5°；在多重结构中设置eyebox的大小，如120*50

针对第6点，我在您回复的另一个帖子中找到了答案。
但是在那个帖子中，你提到 “一般来说，不会逆光路设计，一般都会LCD发光，做物，虚像做像，逆光路一般仿真杂光用”
这个跟上文提到的光路有点冲突，能详细说说么？



针对另一个帖子的疑问，贴子里提到光线入射到LCD是有一定夹角的，并不是垂直入射的。原因是杂光太多
文中提到，入射的角度要结合LCD的位置来确定，但是LCD的位置是要根据最后的优化结果才能确定的，还是说在一开始设定初始架构的时候，LCD的位置就已经确定了呢？
原文链接如下：基于zemax设计的HUD中关于像源和下视角的问题
http://www.optzmx.com/thread-27274-1-1.html
(出处: 吾爱光设)

佛跳墙

姚xinjian 发表于 2024-4-14 11:31
感谢回复。

针对第3点，手动调整的意思，就是先调整这些参数，使得最终成像的放大率满足大致要求，且尽 ...

3.相当于你手动搭建一个镜头设计，你需要调整R值，厚度等参数，让光线汇聚，且没有过多的光线跑飞，然后再细优化。整个光路是有光线的，光线外包络能体现整个HUD体积的。虽然实际HUD会根据车空间以及结构件做相应切割。

4.平常所说的下视角都是中心眼盒下视角，上下眼盒下视角会根据光路相应调整。
5.我表述可能有问题。实际的光路是LCD发光，经过镜子和风挡反射到人眼，反向延长线汇聚的虚像就是HUD成的像。设计的时候是虚像发光，光线进入人眼，但是风挡和人眼这一段的光路拆解成风挡和两个镜子反射，进入到LCD，设计的时候，虚像是物，LCD是像。仿真杂光正向逆向光路都有，实际杂光模拟需要花很长时间，以往是只需要仿真出光路，对对应结构件做消光处理就行，现在慢慢开始光学需要调整反射镜角度和位置去规避部分杂光了。
6.LCD杂光也包含很多块，其中一部分是要保证LCD发光后，打在反射镜后，反射回来的光线不能再回到LCD上，所以LCD和光线需要有一定的角度。