HUD杂散光测试设备用于抬头显示系统的杂散光评价,以可控光照模拟成像光路中的杂散光干扰,量化评估虚像对比度与成像质量,支持按光路结构定制。上海科迎法电气为该项目集成光源、光学、控制与消光处理等环节,光斑尺寸、入射角度与照度水平可围绕具体光机结构逐台确定。

抬头显示把图像经光学系统投射到前风窗之外的虚像位置,成像链路里通常包含多片反射镜、折射件与保护窗口。光线在这些面上并非只按设计方向传播:光学面的残余反射、镜筒内壁的漫反射、镜片边缘与内部缺陷的散射,都会产生一批并不参与成像的光线,这类光线就是杂散光。
杂散光不改变图像的位置,却会稀释画面的明暗关系。它叠加在虚像上,使本该暗的区域浮起一层底亮,画面发灰、对比度下降;当散射光在某个方向形成集中分布时,还会出现鬼影。对抬头显示而言,这类干扰直接影响驾驶员读取信息的清晰程度,因此需要在设计阶段就把它控制住。
本设备的作用,是在实验室里给出一条可控的入射光,把成像光路内部的杂散光激发出来并加以量化。它考察的是画面本身的成像质量与对比度表现,而不是显示件受强光冲击后的损伤程度。设备的光斑尺寸、照度水平与入射角度按光路结构设定,暗室与消光处理按杂散光的量级配置。
| 参数项 | 规格 |
|---|---|
| 光机表面照度 | 参照 (50000±5000) lx 的试验条件设计 |
| 虚像杂散光亮度 | 按 <1500 cd/m² 的评价要求设计 |
| 光谱 | 以 AM1.5G 分布为修正基准 |
| 有效光斑 | 按光机通光孔径与杂散角确定 |
| 入射角度 | 按设计杂散角设定 |
| 光源 | 氙灯,功率随光斑与工作距离配套确定 |
| 出光方向 | 按光机安装姿态确定 |
| 暗室条件 | 按杂散光量级配置遮光与消光处理 |
| 控制方式 | 微电脑控制,照度与照射角度可设定 |
| 供电 | 依现场电力条件核定 |
|---|
前两项是本页的核心评价量。照度水平决定注入成像光路的光通量,杂散光亮度则给出评价的判据上限;其余各项取决于光机结构与现场条件,在方案阶段逐项确认。要把本设备与其他整机放在同一口径下比对,可参考太阳光模拟器产品中心。
杂散光试验同样有标准可依。GB/T 46926 中,光机上表面中心的照度规定为 (50000±5000) lx,虚像范围内杂散光的最大亮度要求低于 1500 cd/m²。本设备的设计口径参照这一标准:照度条件按其给出的试验条件组织,照射角度与光斑布置按被测光机的实际姿态确定,评价环节按标准给出的亮度判据搭建测量链路,使测得的数值落在可对照的口径上。
评价一台设备所配光源能否胜任杂散光激发,同样要看三项基本指标:光谱匹配度、时间不稳定性与辐照不均匀性。指标口径对标 IEC 60904-9 的分级体系,可依测试需求选定对应等级。之所以强调这三项,是因为杂散光的量值往往很小,用一束自身就不够稳定的光去激发一批微弱光线,测量结果很容易被光源自身的波动淹没。
这项指标衡量的是设备输出光谱与地表太阳光谱分布之间的接近程度。杂散光的产生与波长关系密切:短波更容易被表面粗糙度与微小缺陷散射,长波则更多取决于膜层与镀膜设计。若入射光谱偏离地表太阳光,被激发出的杂散光在波段构成上就会与真实日照下不同,测得的虚像亮度也失去可比性。本设备以色温与谱形接近日光的氙灯为基础,用滤光件把输出修正到 AM1.5G 的分布上。以 AM1.5G 为靶谱做滤光修正的机型,见标准光谱太阳光模拟器。
这项指标描述光机受照面内各点照度的齐平程度。杂散光亮度是全场叠加的结果,入射光若在某处偏强,该区域激发的散射与反射光就会偏高,画面上的底亮分布随之出现明暗不均,同一台光机在不同位置测出的对比度可能并不一致。把受照面内的照度摊平,可以让全场落在同一激发水平上,评价结果才能归因到光机本身,而不是入射条件。把受照面照度摊平的做法展开,见高准直均匀太阳光模拟器。
这项指标指在测量周期内,输出光强偏离设定值的最大波动幅度。杂散光评价通常要经过调光、取基准图像、加载入射光、再取图像几个步骤,整个过程需要一段时间;若光强在这一期间缓慢漂移,前后两次采集的画面就不在同一条件下取得,做差得到的杂散光分量里会混入光源自身的起伏。整机在供电与光路两侧做了稳定处理,使输出在整个测量窗口内保持平稳,便于重复采集与比对。
氙灯是这套光路的核心发光件。它属于气体放电光源,输出为连续谱,波段横跨 200–2000nm,可见段与日光的谱形相当接近,能够同时覆盖多个波段,适合承担杂散光的激发任务。灯弧发出的能量经收束与整形后投向光机受照面,出射光束的方向与角度按被测光机的安装姿态设定,使光线按设计杂散角进入成像链路。光源路线的取舍对比,见氙灯与LED太阳光模拟器。
光学部分要解决的是「投得匀」与「投得准」。为压低受照面内的照度差异,光路中把复眼透镜与阵列透镜组组合使用,也就是常说的双复眼结构,先把灯弧的亮度分布打散再重新叠加。光谱一侧则在光路中配置滤光件,使进入光机的光在波段构成上贴近地表太阳光。整套光学方案在 LightTools 一类光学设计软件里做过仿真与优化,出光方向支持上下左右四种布置,便于适配不同的光机安装姿态;光源功率与光斑尺寸按被测光机定制。 把光谱匹配做到高水平的那条指标路线,见高光谱匹配太阳光模拟器。若项目更偏重通用光照能力与多角度布置,见车载HUD太阳光模拟器。
控制系统围绕「可设定、可重复」设计。整机采用微电脑控制,照度与照射角度都通过控制界面设值,试验参数一次录入后可重复调用,避免每次试验重新调光带来的条件差异;调光过程与采集过程在时序上分开,保证取基准图像时光源已进入稳定状态。
安全与散热同样是电气部分的基本要求。灯源箱外盖装有联锁开关,外盖一旦被打开,灯源立即熄灭,避免维护人员在出光口附近受到强光照射。腔内温度由传感器持续监测,与自锁回路配合动作,超出设定范围即触发保护,待条件恢复后方可重新出光。散热风扇在整机关断后仍维持一段延时运转,把灯管与腔体的余热排走。冷却风路与联锁逻辑按灯功率与箱体空间配置。
所列项目为常用选项,具体组合随光机结构、试验要求与场地条件而定;清单之外的部分同样可以按需定制。
光机设计验证是首要场景。抬头显示的光学系统在定型之前,需要知道当前的镜片镀膜、镜筒结构与消光方案把杂散光压到了什么水平,本设备提供可控的入射条件,让设计团队在同一基准上比较不同方案的成像质量。
成像质量评价则是另一类用法。模组厂在样品比对与出样评审中,用统一的照度与入射角度考察虚像的对比度与鬼影表现,把主观感受转成可以记录的量值,便于在不同批次之间横向对照。
光学件来料比对也常用到它。反射镜、镜片与保护窗口的批次差异会直接影响散射水平,用同一套入射条件分别测试不同批次的来料,可以判断供应商之间的差异是否落在可接受范围内。
对整车厂来说,这套设备还可以充当验收手段:整机集成完成后测一轮虚像对比度,作为光学部分是否达标的判据之一。同类应用的实际项目见太阳光模拟器行业应用案例。
暗室与消光处理是这套系统的基础配套。杂散光的量值远低于主光路的光强,环境中的杂散反射会直接抬高本底,使测量失去分辨力,因此试验区需要遮光围护,内部表面做吸光处理,并避免引入高反射率的构件。
测量侧按评价链路配置。成像采集组件负责拍摄虚像画面,亮度测量组件读取杂散光区域的亮度值,两者与光源的照射时序对齐。样品一侧配置安装工装与定位基准,使光机按实车姿态就位,受照面与光束方向对齐。记录侧按上位系统的接口要求对接,照度数据、入射角度与画面测量结果汇总到同一份试验记录里。
看这张表,先抓住两个评价量。光机表面照度决定注入光路的光通量,本设备参照 (50000±5000) lx 的试验条件设计;虚像杂散光亮度是判据上限,按低于 1500 cd/m² 的评价要求搭建测量链路。这两项决定了试验能否复现标准口径,是选型首先要确认的。
再看与光路结构相关的三项。有效光斑按光机通光孔径与设计杂散角确定,要覆盖被测区域又不越界干扰其他面;入射角度按杂散角设定,角度错了激发的光线方向就不对,测出的杂散光分布也就失真;出光方向与光机安装姿态一致,保证光线按实车方向进入成像链路。最后确认暗室条件,遮光与消光的等级要与待测杂散光的量级匹配,本底过高会让弱信号无法分辨。
若被测对象需要在多条光路上同时评价,或需要对批量送检的模组做统一比对,可参考HUD阳光模拟测试系统的组织方式;若对太阳模拟器不同叫法与适用场景的差别还不清楚,可先看四种叫法区别与选型。
Q1:杂散光到底是怎么量出来的?
A:用差分的方式。先在不加载入射光的条件下拍摄一次虚像,作为本底;再按设定照度与角度加载入射光,在同一位置拍摄第二次,两幅画面相减即得到杂散光的分布,其中的最大值作为评价量。整个过程中光源稳定性、相机参数与光机位置都必须保持一致。
Q2:暗室怎么搭才够用?
A:以压住本底为目标。试验区需做遮光围护,内表面采用吸光材料,避免高反射构件对着光机;被测光机周围留出足够空间,防止近场反射回到成像光路。本底水平建议做到待测杂散光亮度的几分之一以下,再开始正式测量,否则弱信号会被环境噪声掩盖。
Q3:虚像对比度怎么评价?
A:通常取画面中亮区与暗区的亮度比值。在加载入射光的条件下采集虚像,分别读取标志性亮区与暗区的亮度,算得对比度,再与不加载时的基准值比较,差值反映杂散光对画面的稀释程度。也可直接读取杂散光亮度并与低于 1500 cd/m² 的评价要求对照。
Q4:照度为什么按 (50000±5000) lx 设计?
A:因为这组数值对应的是标准给出的试验条件。GB/T 46926 中,光机上表面中心照度被规定在这一区间,按其组织入射光,测出的杂散光水平才能与其他单位、其他设备的结果对照。本设备的照度条件照此要求确定,并可在区间内作小幅调整。
Q5:入射角度为什么这么重要?
A:角度决定激发路径。杂散光多来自镜面残余反射与内壁散射,入射方向变了,被激发的主要表面与传播方向也随之改变,测出的分布自然不同。设备按设计杂散角设定入射角度,就是为了稳定复现同一条激发路径,使不同批次的结果可比。
Q6:不同结构的光机都能测吗?
A:可以,条件是工装与光路按结构定制。光机的镜片布置、出瞳位置与外形尺寸各不相同,需要按被测件的姿态定制安装工装与定位基准,并据此确定光斑尺寸与入射角度。选型阶段提供光机外形与光路示意,方案即可对应到具体配置。
Q7:测量一次要多长时间?
A:取决于调光与采集的次数。通常包括光源稳定、基准图像采集、加载入射光后再采集,以及必要的重复采集,整体在数分钟量级。时间主要花在等待光源进入稳定状态上,因此控制环节支持条件预置与重复调用,可以减少每次试验的准备时间。
Q8:现场条件要提前确认哪些?
A:主要有三件事。试验区自身要有遮光能力,外界漏光与人员走动都会进入画面;暗室围护、光机工装与相机视野需要的空间要提前量出来;供电容量与现场配电能力要按整机配置核对,方案阶段双方确认。暗室的换气方式与设备散热路径,也建议在这一步一并定下来。
整机出厂之前完成装配与调试,性能逐项校正,各环节留档可查。校准报告依据 JJF1615-2017《太阳模拟器校准规范》出具;光斑、照度与角度设定在发货前逐项复测,相关数据随设备一并交付,便于现场复现出厂条件。
现场安装按三步推进。设备就位并接通供电后,先完成光路对准与照度标定;随后搭建暗室围护与消光处理,测量本底水平并确认满足分辨要求;最后接入成像采集与亮度测量环节,用一台样机跑通完整的测量流程,核对数据链条通畅。
售后工作由科迎法负责,技术支持为 24 小时在线、响应时间在 12 小时以内;质保期内免费服务,期满之后可安排收费上门,从安装调试到后续年检的全周期维护也一并列入服务范围。照度条件、入射角度、光斑尺寸与暗室方案这几项落定之后,可经联系科迎法进一步对接。
同类应用主要集中在光机设计验证、成像质量评价与光学件来料比对。同栏目里还有两类考核需要区分:强日光沿成像光路逆向射入造成的显示件损伤,见HUD阳光倒灌测试系统;长期光照下显示件的性能衰减,见HUD光照老化试验箱。