自由曲面车载抬头显示器的光学设计及公差分析 
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Optical Design and Tolerance Analysis of Freeform Automotive Head-up Display
1 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
图 & 表
图 1. HUD光学系统原理图
Fig. 1. Schematic diagram of HUD optical system
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图 2. HUD光学系统3D视图
Fig. 2. 3D view of HUD optical system
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图 3. HUD光学系统反射部分的2D视图
Fig. 3. 2D view of reflective system of HUD
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图 4. 自由曲面上采样点的计算过程
Fig. 4. The calculation of sample points on freeform surface
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图 5. 设计完成的HUD光学系统初始结构
Fig. 5. The initial layout of HUD optical system
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图 6. 不同采样间隔下的HUD初始光学系统的MTF曲线
Fig. 6. The MTF plots of the HUD initial optical layout at different sampling ray intervals
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图 7. HUD初始系统的点列图和畸变曲线
Fig. 7. Spot diagram and distortion curve of the initial HUD system
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图 8. 优化后的HUD光学系统
Fig. 8. The optimized HUD optical system
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图 9. 优化后的HUD光学系统点列图
Fig. 9. Spot diagram of HUD optical system after optimization
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图 10. 优化后的HUD光学系统MTF曲线
Fig. 10. The MTF plot of the final HUD optical system
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图 11. 多重结构下的HUD光学系统
Fig. 11. HUD optical system with multi-configurations
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图 12. 人眼位于Eyebox内五个典型位置处的MTF图和畸变曲线
Fig. 12. MTF plots and distortion curves of human eyes at five typical positions in Eyebox
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图 13. Eyebox前后移动70 mm时成像质量最差的位置对应的MTF图和畸变曲线
Fig. 13. MTF plots and distortion curves corresponding to the positions with the worst image quality when the Eyebox moves forward and backward by 70 mm
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图 14. 两个自由曲面在其PV值下的8组样本的MTF分布
Fig. 14. MTF distributions of eight samples of two freeform surfaces under their PV values
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表 1HUD系统设计参数
Table1. Design parameters of an HUD optical system
| Parameters | Value | | Wavelength range | 486~656 nm | | Virtual image size | 260 mm×130 mm | | Eyebox | 80 mm×40 mm | | Virtual image distance | 2 500 mm | | Field of view | 6°×3° | | Distortion | Less than 2% |
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张杨柳, 苏宙平, 潘红响, 陈兴涛, 张文裕. 自由曲面车载抬头显示器的光学设计及公差分析[J]. 光子学报, 2020, 49(9): 0922002. Yang-liu ZHANG, Zhou-ping SU, Hong-xiang PAN, Xing-tao CHEN, Wen-yu ZHANG. Optical Design and Tolerance Analysis of Freeform Automotive Head-up Display[J]. ACTA PHOTONICA SINICA, 2020, 49(9): 0922002.
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