了解和利用增強現實抬頭顯示的太陽能負載

增強現實(AR)抬頭顯示(HUD)是汽車行業中出現的新一項重大發明。現如今，該技術得到了汽車制造商和一級供應商的關注，進入到積極開發AR擋風玻璃HUD的階段。

真正的AR顯示需要有至少10度的寬視場(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表示圖像出現在道路上的距離。

AR技術背后的理念是在現實世界之上疊加數字信息，增強駕駛員對當下情景的了解并改善其駕駛體驗。FOV越大，虛擬圖像距離越長，顯示的效果也就越好。

圖1 AR顯示示例

一直以來，設計AR顯示面臨的兩項最大挑戰是亮度和太陽能負載的問題。AR顯示需要盡可能寬和亮，這就需要成像儀發出大量光。駕駛員還需要盡可能遠地將圖像投射到道路上。當今的HUD可達到的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。這些圖像看起來像漂浮在汽車的引擎蓋上。人們希望通過AR HUD使圖像投射到更遠的地方，使圖像真正做到增強并與駕駛員的視野互動。

為了延長虛擬圖像的距離，設計放大倍數為25到30倍的系統已屢見不鮮，但這樣的設計弊端是太陽能負載(即太陽能)集中于HUD成像儀面板上極小塊區域時會產生過大負荷熱量。這種高倍數放大會將成像儀面板移向距離HUD光學器件焦點更近的地方，從而提高單位面積太陽能的集中度，如圖2所示。

請注意，這不是環境溫度問題，而是由于太陽能得到聚焦以及進入系統的光線更多(由于AR HUD的眩光陷波器較大)，從而產生了過熱的技術問題。

圖2 HUD光學器件將太陽能負載放大到散射屏或薄膜晶體管(TFT)面板上

利用DLP技術獨特的中間散射屏結構，可以設計出能夠承受由太陽光放大所產生熱負荷的HUD。如圖3所示，基于DLP技術的HUD可以將圖像投射到散射屏上，然后HUD光學器件將其放大并投射到擋風玻璃上，從而呈現在駕駛員的視線中。在TFT HUD中，TFT面板連接到HUD光學器件，取代了散射屏和輔助電子器件。

圖3 基于DLP技術的HUD架構示例

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

圖4 TFT與散射器