實(shí)現(xiàn)新一代汽車抬頭顯示系統(tǒng)

圖7– HUD光學(xué)設(shè)計(jì)概念 現(xiàn)有汽車HUD的圖像源來自于LED陣列背光的LCD面板。隨著該行業(yè)不斷朝著寬視野范圍的抬頭顯示系統(tǒng)發(fā)展，有些技術(shù)局限是LCD技術(shù)很難解決的。DLP投影技術(shù)則提供了可能的替代HUD圖像生成單元（PGU）。隨著抬頭顯示視野范圍不斷擴(kuò)大，采用DLP技術(shù)作為HUD圖像源的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。對(duì)于視野非常廣的抬頭顯示系統(tǒng)，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示所需的系統(tǒng)，DLP可能是唯一合理的解決方案，它能夠提供將上述抬頭顯示系統(tǒng)部署在汽車內(nèi)所需的亮度和設(shè)計(jì)靈活性。DLP支持光學(xué)設(shè)計(jì)的靈活性，適用于圖像質(zhì)量和機(jī)械布局。

光學(xué)設(shè)計(jì)靈活性

基于DLP的抬頭顯示系統(tǒng)將采用可進(jìn)行優(yōu)化的中間成像平面，使抬頭顯示鏡面系統(tǒng)在機(jī)械方面適合汽車儀表盤。通過調(diào)整投影鏡頭的投影距離和重調(diào)焦距，可輕松調(diào)整中間畫面大小。

HUD鏡面光學(xué)設(shè)計(jì)受到各種光學(xué)和機(jī)械要求的限制，這些限制主要包括寬視野、圖像亮度、眼動(dòng)范圍（eyebox）大小和位置以及機(jī)械包絡(luò)。而分辨率、圖像朝向和圖像失真等次要限制也同樣重要，但其對(duì)光學(xué)時(shí)效產(chǎn)生的影響較小。很多限制相互矛盾，其中一個(gè)示例就是光學(xué)設(shè)計(jì)相對(duì)于視野范圍寬度的機(jī)械緊湊性。最接近眼動(dòng)范圍的鏡面尺寸如上圖所示，完全由視野大小、眼動(dòng)范圍的位置和大小來確定。圖8顯示了終極抬頭顯示鏡面尺寸與全視野（FFOV）的比較。

圖8– FFOV與HUD鏡面大小之比較

其余的鏡面尺寸和機(jī)械折疊裝置受到HUD鏡片光學(xué)裝置的中間成像屏幕影響較大。支持中間成像屏幕的大小隨著設(shè)計(jì)限制而變化，可靈活地使視野非常廣的系統(tǒng)通過折疊將體積變小，從而裝入儀表盤中。

在DLP HUD概念中，投影圖形單元（PGU）在中間成像屏幕中形成DMD的小型放大明亮圖像。該投影屏幕圖像通過抬頭顯示鏡光學(xué)裝置進(jìn)行放大，為駕駛員打造虛擬顯示。HUD鏡光學(xué)裝置的設(shè)計(jì)人員不受固定圖像大小或基于LCD系統(tǒng)的圖像放大率的限制?？伸`活選擇最佳放大倍率和/或焦距能夠給設(shè)計(jì)人員帶來很多好處，可支持替代光學(xué)機(jī)械折疊配置。此外，這種靈活性可減少光學(xué)像差，最大限度地降低抬頭顯示設(shè)計(jì)的第二和第三鏡面。

對(duì)于15度或更高角度的寬視角顯示，要保持受人眼限制的圖像分辨率就必須增加像素。圖9顯示了每視角的最小可解析分辨率繪圖?；贒LP的系統(tǒng)可以輕松實(shí)現(xiàn)1200以上的像素，從而實(shí)現(xiàn)超過20度的寬視角。此外，中間成像的大小與像素?cái)?shù)無關(guān)，可支持上述設(shè)計(jì)靈活性。

圖9–分辨率與視野之比較

熱負(fù)荷考量

DLP PGU系統(tǒng)在熱負(fù)荷管理方面功能強(qiáng)大。基于DLP的PGU有3個(gè)獨(dú)立的RGB LED光源，這些光源可在遠(yuǎn)離中間屏幕及相關(guān)陽光反射物的遠(yuǎn)程位置單獨(dú)進(jìn)行冷卻。DMD本身可從LED中分離出來，允許單獨(dú)對(duì)DMD進(jìn)行熱量管理。這對(duì)基于DLP的HUD引擎有重大優(yōu)勢(shì)，因此圖像生成裝置（DMD）與HUD中間成像屏幕和光源（LED）是熱絕緣的。

HUD系統(tǒng)中的另一熱源就是陽光直接照射圖像生成裝置所產(chǎn)生的輻射。陽光能進(jìn)入HUD鏡光學(xué)裝置，并向下聚焦到成像器位置，從而大大增加局部的熱量。對(duì)于目前基于LCD的系統(tǒng)，冷卻鏡面通常用來幫助減少成像器上的太陽能總量。如果管理不善，成像器上聚焦的太陽能量可能成為LCD面板的隱患，會(huì)降低LCD成像器的性能。相反，基于DLP的PGU中間屏幕能夠有效地為成像器和電子元件隔離太陽輻射。由于有漫射屏，所以幾乎捕捉不到太陽輻射，也不會(huì)將太陽輻射反射回DMD.中間屏幕的漫射屏是被動(dòng)光元件，它的設(shè)計(jì)能夠承受高水平的太陽輻射，同時(shí)不降低性能。

DMD的性能在熱負(fù)荷下非常強(qiáng)。例如，圖像對(duì)比度不受DMD熱量的影響。DMD能夠在炎熱或寒冷環(huán)境中保持其對(duì)比度。因此，基于DLP的PGU能夠在HUD系統(tǒng)要求的使用條件下正常運(yùn)行。

對(duì)于有大視野范圍的HUD系統(tǒng)，DLP技術(shù)在性能、熱管理和光學(xué)設(shè)計(jì)靈活性方面具有顯而易見的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。采用基于DLP的PGU光學(xué)設(shè)計(jì)人員能夠創(chuàng)建任何大小的HUD顯示源，從而更加自由地創(chuàng)建性能良好、適合儀表盤的HUD光學(xué)設(shè)計(jì)。此外，隔離熱源使基于DMD PGU的HUD系統(tǒng)在嚴(yán)苛環(huán)境下能更加穩(wěn)定地運(yùn)行。寬視角和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)HUD系統(tǒng)可以得益于DLP投影所帶來的優(yōu)勢(shì)。