增强现实(AR)和抬头显示(HUD)结合实现的太阳能负载

2018-07-09 11:49 次阅读

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。

增强现实(AR)和抬头显示(HUD)结合实现的太阳能负载

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。

增强现实(AR)和抬头显示(HUD)结合实现的太阳能负载

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。

增强现实(AR)和抬头显示(HUD)结合实现的太阳能负载

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。)

增强现实(AR)和抬头显示(HUD)结合实现的太阳能负载

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。

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