了解和利用增強現(xiàn)實抬頭顯示的太陽能負載

增強現(xiàn)實(AR)抬頭顯示(HUD)是汽車行業(yè)中出現(xiàn)的新一項重大發(fā)明。現(xiàn)如今，該技術(shù)得到了汽車制造商和一級供應(yīng)商的關(guān)注，進入到積極開發(fā)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(xiàn)在道路上的距離。

AR技術(shù)背后的理念是在現(xiàn)實世界之上疊加數(shù)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(shè)計AR顯示面臨的兩項最大挑戰(zhàn)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(fā)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(shè)計放大倍數(shù)為25到30倍的系統(tǒng)已屢見不鮮，但這樣的設(shè)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(qū)域時會產(chǎn)生過大負荷熱量。這種高倍數(shù)放大會將成像儀面板移向距離HUD光學(xué)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(huán)境溫度問題，而是由于太陽能得到聚焦以及進入系統(tǒng)的光線更多(由于AR HUD的眩光陷波器較大)，從而產(chǎn)生了過熱的技術(shù)問題。

圖2 HUD光學(xué)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(shù)獨特的中間散射屏結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計出能夠承受由太陽光放大所產(chǎn)生熱負荷的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，我們不妨來看看散射屏與傳統(tǒng)TFT面板的物理特性(見圖4)。散射屏具有的兩大主要優(yōu)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