在OAS中设计简单抬头显示器

本文演示了如何使用OAS工具设计抬头显示器。

简介

车载HUD是一种将关键信息投射到驾驶员前方视野中的设备，使驾驶员无需低头即可获取车辆状态和导航等数据。构建车载HUD的理论模型时，需综合考虑光学系统、投影技术、人机交互以及环境光照等多个因素。

在光路设计方面，需采用自由曲面反射镜将显示器上的图像投射至挡风玻璃或光学材料上，从而形成虚拟图像。

由于驾驶员在行车过程中会转动头部，导致视线发生变化，因此可以用眼盒来代表驾驶员的视角范围。眼盒实质上是一个虚拟的矩形区域，用于界定驾驶员眼睛可能所处的位置范围。

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在OAS中设计简单抬头显示器

系统规格

• 虚像距离：2米

• 显示当前车速

• 机械限制：HUD主要受到仪表板下可用空间的限制，风挡玻璃将充当一个分束器

• 眼盒：驾驶员眼睛的位置在宽度为±50毫米、高度为±20毫米的眼盒范围内

• 液晶显示器尺寸宽为±10毫米，高为±6毫米

建模设计

HUD的起始结构是一个折叠系统，在仪表板下保持足够小的尺寸。示例HUD由两个反射镜构成：一个平面，一个自由曲面。反射镜在成像系统中具有不增加任何色差的优点。

挡风玻璃：考虑到汽车挡风玻璃都为非球面，我们在OAS建模时可以考虑使用多项式来进行建模，我们输入以下镜头基本参数来确定挡风玻璃的形状

考虑到实际中驾驶员左的位置和汽车挡风玻璃的实际大小，所以输入以下参数确定挡风玻璃的大小和位置:

LCD显示屏：通过将图像光源设置在眼盒，追迹之后打到虚像面和LCD显示屏上，再通过反向追迹来进行模拟远处虚像和LCD所发出的光进入驾驶员眼睛的过程。

LCD显示屏的初始尺寸先进行放大，使其能正常接收到反射光。位置参数如下：

再对反射镜和自由曲面进行定位和建模

最终得到了HUD的基本模型，其各部件的参数如下：

调整LCD显示屏

将探测器放置在LCD显示屏上，通过追迹得出来效果图如下

可以看出初始结构的LCD所接收的反射光形状和大小偏差，再对其进行调整

最终LCD显示器上所接收到的图像为

（本文含有部分AI生成内容，请知悉）