HUD成像與幾何光學整合應用

成像與幾何光學整合工作流

HDA模組用在分析抬頭顯示器的成像品質,只需要輸入PGU、反射片與擋風玻璃或Combiner屏幕就可以得到成像的結果,以參數化與視覺化的方式呈現,是HUD設計裡很強大的分析工具。

經由ANSYS SPEOS的HOD功能進行概念光路設計,再由ZOS Convertor將光學參數匯入 Zemax進行曲面鏡優化應用,透過ZOS Convertor將光學參數匯回SPEOS進行光學品質規範驗證與可視化的暫態、動態視覺模擬的工作流程。

從成像目標自動生成反射片

HOD可以用參數的方式去設定成像的位置、大小與人眼的距離等等,系統就可以從成像目標自動化設計反射片的曲率,並隨時修改目標同步優化反射片的結果。

反射片優化與即時計算光軸與角度

HDA可以從光軸長度、反射片數量與角度來優化我們想要的設計,使用者可以自行調整角度、大小與位置,以符合HUD CASE的範圍,並透過參數的設定與調整,找出最節省空間的擺放位置,達到設計優化的效果。可以在3D環境中直接拉動反射片來調整其位置與角度,即時預覽出光線走向與結果,大幅縮短設計時程。

不同座高的反射片設計

HDA可以輸入不同座高的眼點位置,同時產生數種不同的反射片造型,以因應個別座高的設計需求。HAD也可以支援雙曲面鏡的功能,使用者可以生成兩種曲面鏡並進行個別的調整和優化,在AR的HDA反射片上可以節省空間並修正很多成像上的問題。

匯入Zemax進行曲面鏡優化

Zemax提供完整的曲面方程式與優化工具,SPEOS可以將光路概念設計後產生之曲面鏡曲面方程式匯入Zemax。針對曲面鏡產生之影品質進行優化。免除繁複方程式參數輸入的困擾程式,大幅降低光學設計學習曲線,優化研發流程。

Zemax進階光路優化,優化元件: PGU、自由曲面鏡、平面鏡,優化目標:畫面端正、成像清楚 → Spot size & Distortion。優化目標視實際狀況取捨。

曲面鏡優化&Surface Fitting

導入SPEOS產生的曲面方程式到Zemax,針對曲面方程式係數優化後,Merit Function越趨近於0越能夠改善像差。

優化前後比較

根據規格定義分析優化像差、影像偏移、可供分析的圖表, 如:MTF、PSF、Grid Distortion、Spot Diagram。

將SPEOS 概念設計元件座標位置、平面鏡、曲面鏡尺寸曲面方程式之光學參數,透過ZOS Convertor匯入Zemax並進行快速建構。免除step, iges檔案參數遺失的風險,達到無縫轉換。

SPEOS HDA成像品質檢驗報告產出

ANSYS SPEOS的HDA模組用於設計抬頭顯示器的反射鏡組合,透過給予成像距離、成像位置與大小,生成相對應反射片,並根據輸入的Windshield產生優化的曲面鏡,大幅減少設計反射片的時程,也可以進行成像品質分析,結合設計、優化與分析之HUD一體解決方案。

將Zemax優化後之曲面鏡匯入SPEOS HDA模組進行影像品質分析,HOA提供多種不同成像品質分析報告,並以視覺化方式同時呈現單種與數種不同的分析圖像:
1. 最佳焦距成像(Best Focus virtual Image)
2. 靜態與動態畸變分析(STATIC DISTORTION)

3. 鬼影分析(Ghost Report) 

SPEOS 視覺效果模擬

透過設定HUD各部位的材質、PGU的光源與眼位接收器的設定,就可以執行視覺模擬的計算,SPEOS支援環境HDRI的光源,因此可以模擬去接近實際眼睛所看到的HUD成像結果,並進行量化與感官上的分析。