HUD（抬頭顯示器）和許多高科技產(chǎn)品一樣，都是是從軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到民用技術(shù)領(lǐng)域的。最初作為飛行員輔助駕駛的顯示系統(tǒng)出現(xiàn)在上世紀(jì)60年代的戰(zhàn)斗機(jī)上。

這種飛行員輔助駕駛顯示系統(tǒng)可以將飛行駕駛時(shí)所需要的飛機(jī)狀況及外部重要信息如飛機(jī)飛行參數(shù)、瞄準(zhǔn)攻擊等信息通過投影單元投射到飛行員前方的組合玻璃或飛行員頭盔等顯示裝置上。

其原理是通過將光學(xué)瞄準(zhǔn)刻度的圖像反射到飛行員座艙前方的透明玻璃板上，然后讓透明玻璃板反射圖像光線進(jìn)入飛行員的眼中，最后通過一個(gè)特定的光學(xué)系統(tǒng)在飛行員前方投影出虛像。

隨著HUD 光學(xué)系統(tǒng)在飛機(jī)上的使用變得越來越普遍，美國通用公司在1988 年第一次將HUD 技術(shù)融入到汽車研發(fā)部分，初現(xiàn)雛形的設(shè)計(jì)思路在當(dāng)時(shí)只能投影出簡(jiǎn)單的車速信息供駕駛者觀看，但這種遷移過來的技術(shù)受到了業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注和討論。

福特公司在2001 年開始推廣能夠顯示彩色信息HUD 的車型，在很大程度上滿足了人們的視覺享受；在2003 年，寶馬公司開始在歐洲市場(chǎng)銷售配有HUD 的汽車；隨后，在2006 年，凱迪拉克也推出了一款內(nèi)部配置的HUD可以投影出色彩豐富并且可以切換顏色的虛像信息的車型；在2013 年，德州儀器另辟新路，開始向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方向邁進(jìn)，對(duì)HUD 技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行更前沿的擴(kuò)展。隨后，國內(nèi)外一些高端汽車品牌不斷在陸續(xù)研發(fā)的車型中配備HUD 系統(tǒng)。

隨著汽車市場(chǎng)的發(fā)展以及市場(chǎng)需求的拓寬，目前市面上應(yīng)用最多的HUD類型是汽車前風(fēng)擋玻璃型HUD（Windshield HUD，W-HUD）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型HUD（Augmented Reality HUD, AR-HUD）。

W-HUD 的前身是組合型HUD，即C-HUD，它是W-HUD 的過渡版本。一開始研發(fā)HUD 的時(shí)候考慮到汽車前擋風(fēng)玻璃的面型具有不可控的因素，如果把它作為成像光路中最終反射顯示元件的話整個(gè)系統(tǒng)的像差是很難解決的，因此，設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)在風(fēng)擋放置一塊透明玻璃板，讓它代替風(fēng)擋玻璃的作用，使所成的虛像顯現(xiàn)在玻璃板上面。這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)就是降低了光學(xué)設(shè)計(jì)難度；缺點(diǎn)是儀表盤上方狹小的空間導(dǎo)致透明玻璃板的面積較小，投影距離非常短，而且在車輛發(fā)生交通事故時(shí)透明玻璃很容易誤傷到駕駛員或者乘客，安全系數(shù)較低。因此，C-HUD 設(shè)計(jì)方案很快就被市場(chǎng)所淘汰，替代它的就是W-HUD。

W-HUD 是利用汽車前擋風(fēng)玻璃作為最終投影顯示的元件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，汽車前風(fēng)擋玻璃將虛像光線反射到駕駛員眼睛中，從而在汽車前方顯示虛像信息。由于不同車型的前擋風(fēng)玻璃形狀不同，W-HUD 需要特定的光路設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)必須集成在汽車儀表臺(tái)內(nèi)部有限且狹小的空間中。為此，W-HUD 光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和元件選型都需要滿足需求，目前光路結(jié)構(gòu)采用離軸三反式，元器件采用自由曲面的反射鏡。但是，風(fēng)擋玻璃面型的唯一性決定了每一種型號(hào)的W-HUD 都要根據(jù)車型去設(shè)計(jì)，并且是目前市場(chǎng)上主要使用的款型。

隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality, AR）技術(shù)概念的提出和后續(xù)技術(shù)不斷成熟起來，HUD 行業(yè)相關(guān)研發(fā)人員在市場(chǎng)上提出了新的設(shè)計(jì)方案，即使WHUD 與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality, AR）技術(shù)相融合。二者結(jié)合帶來的創(chuàng)新產(chǎn)物具有很多的優(yōu)點(diǎn)，它不僅能為駕駛員顯示儀表信息和導(dǎo)航信息，還可以根據(jù)車身周圍環(huán)境提供瞬時(shí)變化信息，以上信息都會(huì)投射到汽車HUD 虛像中，從而為駕駛員的安全行駛保駕護(hù)航，這種汽車HUD 被稱作AR-HUD。

AR-HUD 與C-HUD 和W-HUD 主要的區(qū)別之處有以下幾點(diǎn)：一是擁有更大的視場(chǎng)角，駕駛者就能看到更大的投影畫面，并且投影顯示的信息也能更豐富；二是成像距離變的更遠(yuǎn)；三是車況信息和導(dǎo)航信息都能和現(xiàn)實(shí)路面相融合，讓駕駛者猶如身臨其境，這種技術(shù)是目前汽車HUD 研發(fā)的前沿領(lǐng)域。

審核編輯：劉清