ZEMAX专题：HUD系统设计与优化

本文介绍了HUD设计实例。此文为翻译帖，出处为：规格如下：显示器尺寸：24*8mm眼盒尺寸：100*40mm放大倍率：5 （虚像尺寸 120*40mm）虚像距离：1.8m最终光学系统的整体布局如下图所示。

从HUD发出的光被挡风玻璃反射并到达司机的眼睛。司机看到挡风玻璃后的虚像。下图是HUD局部放大图。离开液晶面板（LCD）的光线被一个平面镜反射，进入一个自由曲面镜。由自由曲面镜反射的光线再次被平面镜反射，然后进入挡风玻璃。

在这样的光学系统中，入瞳是驾驶员的眼睛。如果光线从LCD开始，光瞳位于许多镜面之外，这就很难找到光瞳的位置。出于这个原因，在这种情况下使用了逆向追迹。如果光束是从驾驶员看到的虚像开始的，入瞳的位置就不会受到光学器件的影响。然而，需要注意的是，逆向追迹的慧差，畸变以及垂轴色差跟原系统是互逆关系。

镜头数据编辑器如下所示。平面镜被照亮了两次，因此平面9的坐标断点的参数拾取了平面7。入瞳被设定为圆周直径为108毫米，这是驾驶员眼睛位置的变化范围。定义一个100×40毫米的矩形孔径，只提取必要的光线。视场尺寸由虚像的大小来定义。

优化是通过设置优化向导来进行的，具体方法如下。对于这个光学系统，将 "光瞳积分法 "设置为 "矩形阵列"，因为入瞳是矩形的。勾选 "删除渐晕光线 "以删除光圈平面内渐晕的光线。
评价函数设置如下：第12行定义了Y方向的放大率，第16行定义了X方向的放大率。进行优化后，设置每个面的有效直径。你可以在光迹图中检查通过每个表面的光通量直径。

在目前的光学系统中，面6和面10的孔径必须相等。图像模拟是一个很有效的评估成像系统的质量。
设置如下：结果如下，显示了图像的模糊和畸变。这是整个眼盒的光线的成像效果。由于人类瞳孔的直径约为2-8毫米，实际可见的模糊度将小于这个数字。