单光机双焦面高像质AR-HUD光学系统自动化设计

作     者：郭相辛 牟达 刘镐林 刘丁萌 张腾飞 余杰 

作者机构：长春理工大学光电工程学院 长春理工大学光电测控技术研究所 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 080204[工学-车辆工程] 081001[工学-通信与信息系统] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：吉林省自然科学基金项目(YDZJ202301ZYTS242) 

主　　题：光学设计 抬头显示器 光学自由曲面 优化方法 双焦面 

摘      要：由于常规汽车增强现实平视显示器(AR-HUD)存在单图像层单焦面显示，特殊面型优化设计困难，宽画幅下清晰度较低等问题，为此我们提出一种基于单像源双焦面双自由曲面AR-HUD成像系统设计方法，适配任意类型给定风挡。首先通过马吕斯定律与折射定律求解点云包络信息，视场扩展求解满足相邻域连续条件后，数据拟合以光滑拼接多项式(SSP)进行表征构建初始架构，最后利用光程反馈迭代法对边缘视场进一步优化，确定最佳拟合系数。仿真结果表示在单光机投影下满足近场基础信息和远场宽画幅交互信息的同时显示，算法迭代优化效率高，并通过SSP表征曲面与传统XYP曲面对比表明系统波前误差和边缘视场MTF、网格畸变都得到明显改善。进一步证明了所提出的设计框架的可行性和优越性。