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车载平视显示系统光学模组优化设计
| 论文题名： | 车载平视显示系统光学模组优化设计 |
| 关键词： | 车载平视显示系统;光学模组;优化设计;成像质量 |
| 摘要： | 近些年来，汽车人均占有量逐年攀升，与此同时，道路安全事故也在不断增长。人们开始将越来越多的目光转移到智能化驾驶方向，用科技手段保证人们驾驶安全。车载平视显示系统（Head-up Display，以下简称HUD）为智能辅助驾驶的一种，能够将仪表盘、转速、油表等信息使用投影的方法投至挡风玻璃上，减少驾驶员行驶过程中由于低头查看相关信息等原因造成的驾驶盲区。其中，投影位置、投影显示的虚像大小等可以通过光学设计进行确定。 传统的车载平视显示系统投影距离较短，投影显示的信息量较少，为了与实景进行融合，汽车HUD技术开始与增强现实技术（Augmented Reality,以下简称AR）进行结合，实现投影距离更远，投影尺寸更大等目的，却使得AR-HUD曲面镜面积尺寸、像源尺寸增大，导致AR-HUD体积变大，无法很好的安装进汽车内部。因此本文主要在保证AR-HUD虚像像质清晰，投影距离更长，投影尺寸更大的基础上对AR-HUD体积进行优化设计，研究内容如下： 第一，对HUD近些年来从军用飞机到民用汽车上的发展历程进行综述，总结了国内外学者对直接反射式(Combiner HUD，简称CHUD)、挡风玻璃式(Windshield HUD，简称WHUD)、增强现实式(Augmented Reality HUD，简称AR-HUD)等三种HUD设计的研究动态。 第二，基于同轴三反系统与离轴三反系统的数学模型，推导并确定了AR-HUD的初始结构；详细论证了Zernike自由曲面以及其各项系数与赛德尔像差的关系，为选择Zernike面型作为本设计双曲面面型提供了理论支撑；对比四种不同像源优缺点，从经济与实用性等方面最终将TFT-LCD确定为AR-HUD光路系统的像源。 第三，依据推导和计算得到的各参数指标，使用逆向设计思路对AR-HUD光路系统进行设计。借助专业设计软件对AR-HUD光路设计时的一些定量进行测量，提取车厂提供的挡风玻璃面型数据，将所得到的数据输入至光学设计软件中，通过评价函数进行优化，优化结束后使用光学设计软件中自带的评价指标与宏函数对AR-HUD光学系统进行成像质量评价与公差分析；进一步使用仿真软件对虚像显示的结果进行模拟分析。 第四，对汽车AR-HUD产生重影的原因进行分析，使用几何方法对重影消除进行理论推导，最终通过求解楔形角达到重影消除的目的；进行防尘膜设计及杂散光分析，使外界光不会对HUD内部造成干扰；使用三维设计软件对AR-HUD外壳模组进行结构设计、体积测量以及模态分析。 |
| 作者： | 曹妍 |
| 专业： | 兵器科学与技术 |
| 导师： | 吴慎将 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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