[讨论交流] 基于zemax设计的HUD中关于像源和下视角的问题

本帖最后由 tnnicbs 于 2023-3-18 20:01 编辑

HUD设计指标：1.视场角13°x5°
2.VID虚像距离7500mm
3.眼盒大小：130mmx50mm
4.PGU说明书标注TFT-LCD active area：43.6968mmx77.6832mm

在zemax设计时遇到一些问题：
1.TFT-LCD active area是否就是指源图像完全尺寸？实际中不一定会用全？
2.根据视场角和VID计算，可以得到虚像大小约1709mmx655mm，由于X和Y方向放大率要相同，1709/76=655/Y，Y计算得到约29mm，那实际源图像的有效尺寸是不是就是76mmx29mm？那在zemax逆光路设计时，像面大小是否就设置为76mmx29mm而不是43.6968mmx77.6832mm？
3.对于LDA下视角的理解，因为涉及多重结构，不同结构眼睛位置是移动的，虚像中心也是变化的，眼睛上移虚像就下移，对于LDA下面哪个描述是正确的理解：
A.指从中心结构眼睛到中心结构虚像中心的连线 与 水平线的夹角
B.指从当前结构眼睛到当前结构虚像中心的连线 与 水平线的夹角
C.指从当前结构眼睛到中心结构虚像中心的连线 与 水平线的夹角
4.在逆向设计中，光线从虚像出发，到眼盒，到风挡，到自由曲面镜，到折叠镜，到PGU像面。从折叠镜入射到PGU的主光线在优化时是否要用RAID控制垂直于PGU像面？（因为我理解的翻转光路后PGU相当物面，主光线出射应该也是垂直于物面的）
5.不同结构眼睛位置是移动的，虚像中心也是变化的，眼睛上移虚像就下移，那是不是意味着不同多重结构的中心视场的主光线（即从眼镜入瞳中心到虚像中心的连线）与风挡玻璃都相交于同一个点？
6.如果下视角要求是2.5°，VID=7500mm，在逆向光路中，虚像作为物面用视场设置，中心视场物高为0，这个2.5°要怎么在设计中体现？是否用tan2.5°*7500mm=327mm，设置入瞳位置相对于物面向上偏移327mm？

本帖最后由 佛跳墙 于 2023-3-18 22:15 编辑

1.屏幕是有最大可使用尺寸的，但不代表你就要全用完；对。
2.放大倍率不一定非要相等，松一点0.85-1.15都行，严一点0.95-1.05都很严了，你实际优化的时候就知道了，这玩意很影响动态指标；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。
补充个野路子，水平角度/竖直角度≈LCD水平使用尺寸/LCD竖直使用尺寸。大致能根据角度判断出你LCD使用多少区域。
3.D：当前结构，眼球中心点连线中点，到当前结构虚像中心连线 与 水平线夹角。所以严格来说，是个负值
4.不用。杂光过不了，垂直入射的结果就是外界阳光进来，能很标准的原路返回，和虚像一起抢占你的眼球。
5.不是
6.中心视场物高不是0，虚像严格来说是在水平线下方，下视角，这玩意是个负值啊；眼盒往上往下就行了。

本帖最后由 白云飞飞飞 于 2023-3-19 10:00 编辑

1、TFT-LCD active area：43.6968mmx77.6832mm已经很明确说了该屏幕可显示区域为43.6968mmx77.6832mm，我们在hud设计时，只要确保像面的大小在这个范围之内即可，所以可以不用完，当然你要充分利用完也不是不可以，不过建议设计时最好留出一定的的余量（畸变矫正什么的用）。
2、HUD设计时，X、Y的放大率一般不会一样大，根据vid和fov得到虚像大小后再结合TFT-LCD屏的显示区域来设置放大率（这又回到第一点了，比如留出一定的余量后，比如lcd的使用范围在[30~38]mmx[60~70]mm之间变化来动态调整放大率）。

3、下视角是指当前结构中眼球中心点与虚像中心点连线与水平线的夹角，是一个负值

zemax设计时可利用坐标断点来进行设置。比如下图在zemax中的设置为-2.5°


4、不需要，一般都不会垂直入射的。主要还是要结合pgu像面的位置来进行确定。如楼上所说，垂直入射外界阳光进来，就能很标准、很完美地的原路返回，形成强烈的杂光，和虚像混在一起，影响视野。

5、不是一个点，光线在风挡上的位置也要变化。

6、利用坐标断点设置，使得从眼盒出射的光线与水平线之间的而夹角为2.5°即可，见第3点！

本帖最后由 tnnicbs 于 2023-3-19 11:01 编辑

对于第3点存在的疑惑：1.我看您虚像视场设置是用角度来控制的，一般不是用虚像大小作为物高来设置视场吗，为什么用角度设置视场呢，是会对下视角有什么影响吗？
2.下视角用两个坐标断点设置的，物面往左移动7500mm后，在眼盒之前用坐标断点绕X轴倾斜2.5°又回来-2.5°，这两个坐标断点的设置好像对眼盒的坐标好像并没有影响？

对于第4点存在的疑惑：
主光线入射到PGU，与PGU法线的夹角，是通过优化随机得到的角度吗，有没有什么限制？

1、为什么不可以用视场角呢？对下视角不影响
2、坐标断点的使用参考一下
3、限制优化，在一个范围，然后再固定

逆向设计时，下视角设置可以用角度设置视场，在设置的时候视场整体下移下视角的角度就可以。比如视场角是13*5。下视角是-2.5°，纵向方向的视场可以设置为（0°，-2.5°，-5°）这样。
主光线与PGU的夹角的确定，可以通过杂散光分析来定，不要使外部光线进入并原路返回到眼睛。