作者：德州儀器 Mike Firth

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增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）抬頭顯示（HUD）是汽車行業(yè)中出現(xiàn)的新一項(xiàng)重大發(fā)明?，F(xiàn)如今，該技術(shù)得到了汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商的關(guān)注，進(jìn)入到積極開(kāi)發(fā)AR擋風(fēng)玻璃HUD的階段。

真正的AR顯示需要有至少10度的寬視場(chǎng)（FOV）以及7.5米或更大的虛擬圖像距離（VID）。FOV表示以度為單位的顯示大小，而VID表示圖像投影的距離。在汽車HUD中，VID表示圖像出現(xiàn)在道路上的距離。

AR技術(shù)背后的理念是在現(xiàn)實(shí)世界之上疊加數(shù)字信息，增強(qiáng)駕駛員對(duì)當(dāng)下情景的了解并改善其駕駛體驗(yàn)。FOV越大，虛擬圖像距離越長(zhǎng)，顯示的效果也就越好。

圖 1：AR顯示示例

一直以來(lái)，設(shè)計(jì)AR顯示面臨的兩項(xiàng)最大挑戰(zhàn)是亮度和太陽(yáng)能負(fù)載的問(wèn)題。AR顯示需要盡可能寬和亮，這就需要成像儀發(fā)出大量光。駕駛員還需要盡可能遠(yuǎn)地將圖像投射到道路上。當(dāng)今的HUD可達(dá)到的FOV為7到8度或更小，并且可以在前方2.0到2.5米的道路上“投射”圖像。這些圖像看起來(lái)像漂浮在汽車的引擎蓋上。人們希望通過(guò)AR HUD使圖像投射到更遠(yuǎn)的地方，使圖像真正做到增強(qiáng)并與駕駛員的視野互動(dòng)。

為了延長(zhǎng)虛擬圖像的距離，設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為25到30倍的系統(tǒng)已屢見(jiàn)不鮮，但這樣的設(shè)計(jì)弊端是太陽(yáng)能負(fù)載（即太陽(yáng)能）集中于HUD成像儀面板上極小塊區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)大負(fù)荷熱量。這種高倍數(shù)放大會(huì)將成像儀面板移向距離HUD光學(xué)器件焦點(diǎn)更近的地方，從而提高單位面積太陽(yáng)能的集中度，如圖2所示。

請(qǐng)注意，這不是環(huán)境溫度問(wèn)題，而是由于太陽(yáng)能得到聚焦以及進(jìn)入系統(tǒng)的光線更多（由于AR HUD的眩光陷波器較大），從而產(chǎn)生了過(guò)熱的技術(shù)問(wèn)題。

圖 2：HUD光學(xué)器件將太陽(yáng)能負(fù)載放大到散射屏或薄膜晶體管（TFT）面板上

利用DLP?技術(shù)獨(dú)特的中間散射屏結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)出能夠承受由太陽(yáng)光放大所產(chǎn)生熱負(fù)荷的HUD。如圖3所示，基于DLP技術(shù)的HUD可以將圖像投射到散射屏上，然后HUD光學(xué)器件將其放大并投射到擋風(fēng)玻璃上，從而呈現(xiàn)在駕駛員的視線中。在TFT HUD中，TFT面板連接到HUD光學(xué)器件，取代了散射屏和輔助電子器件。

圖 3：基于DLP技術(shù)的HUD架構(gòu)示例

為了更好地理解為什么散射屏具有優(yōu)勢(shì)，我們不妨來(lái)看看散射屏與傳統(tǒng)TFT面板的物理特性（圖4）。散射屏具有的兩大主要優(yōu)勢(shì)在于可在更高的溫度中工作，此外散射屏不會(huì)吸收大量的太陽(yáng)入射可見(jiàn)光譜，這一點(diǎn)更加重要。（光譜的紅外［IR］和紫外［UV］部分很容易被過(guò)濾。）

圖 4：TFT與散射器

入射的太陽(yáng)能負(fù)載通過(guò)HUD光學(xué)器件聚焦到散射器上，就像用于TFT面板時(shí)一樣。但在散射器中，透射光實(shí)際上被散開(kāi)，消除了HUD光學(xué)器件的放大效應(yīng)，因此能夠更加簡(jiǎn)單地應(yīng)對(duì)熱負(fù)載問(wèn)題。通過(guò)TFT面板，太陽(yáng)能被吸收，且可以輕松地將面板的工作溫度提高到最大額定值以上。正是這種太陽(yáng)能負(fù)載帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)以及其卓越的亮度、對(duì)比度和色域，助力汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商設(shè)計(jì)和推出新一代AR HUD。