隨著汽車(chē)智能座艙的普及，HUD的裝車(chē)率也隨之增加，未來(lái)也可能會(huì)成為車(chē)內(nèi)座艙的標(biāo)配。而HUD是一個(gè)由光學(xué)，機(jī)械，電子，軟件組成的復(fù)雜的高科技產(chǎn)品，其所在的汽車(chē)座艙是很復(fù)雜的環(huán)境。我們需要對(duì)HUD進(jìn)行諸如投影，雜散光，熱，結(jié)構(gòu)分析，以及駕駛員視角下的HUD顯示效果。

圖1.1 HUD效果圖

HUD主要是給駕駛員成像顯示，所以雜散光尤其影響駕駛員的感知，嚴(yán)重的雜散光甚至?xí)绊戱{駛的安全。這樣不僅沒(méi)有帶來(lái)HUD應(yīng)有的價(jià)值，提升智能座艙的駕乘體驗(yàn)，還會(huì)帶來(lái)不必要的危險(xiǎn)。所以消除，減弱雜散光是非常必要的。

在HUD系統(tǒng)內(nèi)，我們按照雜散光來(lái)源分為內(nèi)部雜散光和外部雜散光，其中內(nèi)部雜散光多是由HUD的成相單元（PGU）的部分光線打到結(jié)構(gòu)件上通過(guò)風(fēng)擋玻璃反光進(jìn)入到人眼引起，或者是漏光照射到風(fēng)擋玻璃反光引起；外部雜散光則是由于太陽(yáng)光照射引起， 一種照射到防塵罩引起反光，一種進(jìn)入到HUD內(nèi)部，在成像單元上形成太陽(yáng)灼燒。

圖2.1 HUD雜散光示意

Speos是Ansys 公司旗下的一款專業(yè)的光學(xué)仿真分析工具，現(xiàn)在我們通過(guò)Speos的光路追跡功能實(shí)現(xiàn)HUD的雜散光分析。我們?cè)谧龉饴贩治鰰r(shí)，依據(jù)是光線可逆原則。

接下來(lái)我們以找尋外部雜散光為例，看一下具體的設(shè)定步驟：

a.定義材料，我們需要對(duì)參與的仿真的每個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行材料定義，對(duì)于HUD 仿真分析，我們定義用到的材料有：反射鏡 : VOP-> Opaque & SOP -> mirror，周邊結(jié)構(gòu)件 :VOP -> Qpaque & SOP -> library -> 黑色塑料，擋風(fēng)玻璃 : VOP -> optic & SOP -> optical polished

圖3.1 VOP材料定義界面

圖3.2 SOP材料定義界面

b.光源定義， 在eyebox位置創(chuàng)建等大小平面，對(duì)該平面定義為一個(gè)面光源，因?yàn)橹皇菫榱苏夜饴罚怨馔?，光譜我們都可以自由定義，推薦單光譜。光型定義為郎勃，擴(kuò)散角為60°（可以依據(jù)需要改變，非固定值）。

圖3.3 光源定義界面

c.探測(cè)器定義， 為了捕捉到光路，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)光強(qiáng)探測(cè)器來(lái)生成光路，找尋外部入射光方向。因?yàn)槭峭獠刻?yáng)光，所以只需要半球探測(cè)器即可。參數(shù)如圖：

圖3.4 探測(cè)器定義

d.定義仿真，計(jì)算光學(xué)仿真。我們選擇direct simulation，在對(duì)話內(nèi)選擇參與仿真的相關(guān)結(jié)構(gòu)，光源以及探測(cè)器。然后輸入10^6光線，LXP功能改成true。并且對(duì)LXP相關(guān)的sensor進(jìn)行勾選。

圖3.5 仿真定義界面

圖3.6 仿真結(jié)構(gòu)體

圖3.7 仿真光源

圖3.8 探測(cè)器選擇

e.結(jié)果查看，分析光路，打開(kāi).lpf結(jié)果, 設(shè)置level 的value值0.1，我們這是為了盡量看到更多的結(jié)果。

圖 3.9 仿真結(jié)果

從圖中我們可以看到，除了在上面白色的位置為正常光源，其他地方均為可以發(fā)生雜散光的入射角度。我們分析其中一部分來(lái)觀察。點(diǎn)擊measure，可以看到如下圖：

圖4.0 雜光分析

圖4.1 雜光分析

圖4.2 雜光分析

根據(jù)我們以上的分析，接下來(lái)我們就可以設(shè)置諸如擋板，或者改變防塵罩曲率來(lái)讓按照這寫(xiě)入射角度的太陽(yáng)光進(jìn)入不到人眼，來(lái)達(dá)到消除雜散光的目的。對(duì)于內(nèi)部的雜光分析，過(guò)程和外部是一樣，只是變?yōu)楦苯拥姆治觯恍枰冗M(jìn)行反向分析。

文章來(lái)源：Ansys光電大本營(yíng)，作者：王強(qiáng)