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波导-HUD系统案例分析

简介

光波导技术凭借其平板超薄结构和强大的二维扩展能力，在解决AR-HUD问题方面展现出显著优势。一方面，其独特的结构特性能够大幅减小对光机体积的需求，成为 HUD 未来发展的重要技术方向；另一方面，作为 AR 眼镜的主流方案，光波导技术在设计与加工工艺上已趋于成熟，可将 HUD 对光机体积的需求有效转换为对更大出光面积的需求，从而为 AR - HUD 技术的革新提供了新的可能。本案例将运用 OAS 光学软件，深入分析光波导在 AR - HUD 系统中的应用，探索其优化设计方案。

实验设置与操作

参数配置

光波导板的参数直接影响光束传输与成像效果，其基板材料选用高折射率的光学玻璃，折射率为 1.7，板厚设定为 3mm，以保证光波导的传输效率与结构稳定性；波导内反射膜层采用多层介质膜结构，反射率在特定波段（如 450 - 650nm）下达到 95% 以上，确保光束在波导内的多次反射与高效传输。

耦合光栅作为光束导入与导出波导的关键元件，其周期设为 500nm，占空比为 0.5，光栅深度为 200nm，通过优化光栅参数实现光束与波导的高效耦合。此外，针对 AR - HUD 系统中的照明光源，选用高亮度、窄光谱的微型 LED 阵列，单颗 LED 的发光角度为 15°，中心波长为 520nm，输出功率为 50mW，以满足系统对亮度与色彩的需求。

模型搭建和参数设置

首先创建光波导板三维模型，精确设置其空间位置与方向；随后添加耦合光栅模型，确保光栅与波导板的精确对接，实现光束的顺利耦合。将微型 LED 阵列光源布置在合适位置，模拟实际照明效果。

完成模型搭建后，对系统参数进行全面配置。设定系统的视野（FOV）目标值为 30°×10°，虚拟图像深度（VID）为 5m，以此为基准调整各光学元件参数。在光线追迹参数设置中，定义光线数量为 10000 条，追迹精度设为 0.01mm，确保模拟结果的准确性与可靠性。同时，考虑环境因素对系统的影响，设置环境光强度为 10000lux，模拟强光环境下的显示效果，启动 OAS 软件的光线追迹功能，对光束在系统中的传播过程进行模拟。

（反射投影式）

（直接显示式）

总结

本案例通过 OAS 光学软件对 AR - HUD 光波导系统进行全面模拟与分析，充分验证了光波导技术在解决当前 AR - HUD 技术瓶颈方面的显著优势。未来，随着 OAS 光学软件功能的不断完善与光波导技术的持续发展，AR - HUD 系统有望实现更高效、更优质的显示效果，推动智能驾驶交互技术迈向新的高度。