增强现实（AR）和抬头显示（HUD）结合实现的太阳能负载

作者：德州仪器 Mike Firth

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增强现实（AR）抬头显示（HUD）是汽车行业中出现的新一项重大发明。现如今，该技术得到了汽车制造商和一级供应商的关注，进入到积极开发AR挡风玻璃HUD的阶段。

真正的AR显示需要有至少10度的宽视场（FOV）以及7.5米或更大的虚拟图像距离（VID）。FOV表示以度为单位的显示大小，而VID表示图像投影的距离。在汽车HUD中，VID表示图像出现在道路上的距离。

AR技术背后的理念是在现实世界之上叠加数字信息，增强驾驶员对当下情景的了解并改善其驾驶体验。FOV越大，虚拟图像距离越长，显示的效果也就越好。

图 1：AR显示示例

一直以来，设计AR显示面临的两项最大挑战是亮度和太阳能负载的问题。AR显示需要尽可能宽和亮，这就需要成像仪发出大量光。驾驶员还需要尽可能远地将图像投射到道路上。当今的HUD可达到的FOV为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”图像。这些图像看起来像漂浮在汽车的引擎盖上。人们希望通过AR HUD使图像投射到更远的地方，使图像真正做到增强并与驾驶员的视野互动。

为了延长虚拟图像的距离，设计放大倍数为25到30倍的系统已屡见不鲜，但这样的设计弊端是太阳能负载（即太阳能）集中于HUD成像仪面板上极小块区域时会产生过大负荷热量。这种高倍数放大会将成像仪面板移向距离HUD光学器件焦点更近的地方，从而提高单位面积太阳能的集中度，如图2所示。

请注意，这不是环境温度问题，而是由于太阳能得到聚焦以及进入系统的光线更多（由于AR HUD的眩光陷波器较大），从而产生了过热的技术问题。

图 2：HUD光学器件将太阳能负载放大到散射屏或薄膜晶体管（TFT）面板上

利用DLP?技术独特的中间散射屏结构，可以设计出能够承受由太阳光放大所产生热负荷的HUD。如图3所示，基于DLP技术的HUD可以将图像投射到散射屏上，然后HUD光学器件将其放大并投射到挡风玻璃上，从而呈现在驾驶员的视线中。在TFT HUD中，TFT面板连接到HUD光学器件，取代了散射屏和辅助电子器件。

图 3：基于DLP技术的HUD架构示例

为了更好地理解为什么散射屏具有优势，我们不妨来看看散射屏与传统TFT面板的物理特性（图4）。散射屏具有的两大主要优势在于可在更高的温度中工作，此外散射屏不会吸收大量的太阳入射可见光谱，这一点更加重要。（光谱的红外［IR］和紫外［UV］部分很容易被过滤。）

图 4：TFT与散射器

入射的太阳能负载通过HUD光学器件聚焦到散射器上，就像用于TFT面板时一样。但在散射器中，透射光实际上被散开，消除了HUD光学器件的放大效应，因此能够更加简单地应对热负载问题。通过TFT面板，太阳能被吸收，且可以轻松地将面板的工作温度提高到最大额定值以上。正是这种太阳能负载带来的优势以及其卓越的亮度、对比度和色域，助力汽车制造商和一级供应商设计和推出新一代AR HUD。