HUD抬头显示光学解决方案

概述

在自动驾驶辅助系统（ADAS）领域，汽车抬头显示（HUD）系统作为驾驶员信息显示和提升驾驶安全性的重要载体，其设计与优化面临着诸多挑战。本文详细探讨了如何利用Ansys软件提供的多工具整合工作流，从光学设计到光学模拟，最终实现优化的HUD系统设计，以有效减少“鬼影”现象、优化光学镀膜、分析杂散光、模拟太阳负荷影响、评估环境因素等。此外，本文阐述了Ansys解决方案在缩短开发周期、提高设计效率、减少原型成本以及增强与OEM和供应商的数据交换安全性方面的独特优势。

客户面临的挑战

减少“鬼影”：确定合适的挡风玻璃楔角，以最小化“鬼影”图像，优化人机界面（HMI）显示质量。

光学镀膜优化：筛选和设计最佳光学镀膜，以减少鬼影、提升投影图像对比度，同时考虑展示对比度、亮度、背景透明度等关键指标。




光学设计挑战：寻求易于使用的光学设计工具，设置多变量优化，减小型腔，显著降低设备成本输出。

直射阳光影响：葫芦状光输出（PGU）太阳能负荷的虚拟评估，避免塑料部件和PGU部件的太阳灼伤。

热变形和环境适应性：监测内部工作环境温度，确保元件耐高温老化和结构变形预防。

视觉性能评价：量化评估多viewbox的HUD性能优化和动态方法的HUD性能评估，并评价HUD“鬼影”影响，提供“鬼影”分数细节分析。

Ansys解决方案


HUD设计定义与包装约束评估

Ansys Speos平台上的虚拟环境建模：通过创建零接触真实物理环境场景，快速验证HUD设计可行性和包装约束，提供仿真结果支持决策。

快速项目选择和验证空间：借助Speos功能，验证空间布局和HUD基本目标设定，为设计过程提供直接反馈。

光学设计与执行

ZemaxZemax与Ansys Speos的集成使用：利用Zemax专业设计光路，结合Speos的模拟功能，优化参数，实现数值和视觉质量的验证。

光学性能评价：在CAD平台执行光路分析和杂散光分析，量化评价ghost效果，同时通过高质量途径评估感知质量。

光学镀膜设计与优化

照明仿真与材料模拟：Ansys提供的物理基板光路仿真优化多层膜性能，考量不同材料对HUD性能的影响，实现最佳显示效果。

虚拟原型测试：通过物理仿真平台替代现场测试，加快设计迭代周期，同时减少物理原型与测试成本。

杂散光分析与性能评估

全面结构分析：利用Speos进行车辆中HUD光路的分析，考虑所有相关部件，提供不同场景下的性能评估。

基于物理特性的模拟：分析不同环境下目标结构的性能，提高用户对杂散光影响的洞察，决策优化方向。

光学结构抗太阳负荷研究

异时太阳能负荷模拟：使用物理基板源模拟一天中不同时间的日照工况，准确评估负载影响，预防结构老化。

耦合热机械分析：通过联合分析最大辐照度值与热应力对结构耐久性的影响，确保光学系统长期稳定性能。

光学系统环境适应性分析

环境效应建模：创建基于物理的环境模型，分析HUD在复杂环境下的性能与稳定性，确保系统适应性强，抵御不稳定因素。

结构耐久性验证：综合分析结构热老化效应，动态监测温度对光学性能的长期影响，避免非预期的结构变形。

视觉性能评估与图像生成单元优化

动态仿真实验：通过Ansys Speos实现基于人类视觉的仿真，提供真实的视觉评估，优化显示内容与空间融合效果。

API集成与标准模板开发：为OEM和供应商提供API接口与标准模板构建工具，加速ODM数据交换，实现端到端服务优化。

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