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了解和利用增強現實抬頭顯示的太陽能負載

發布時間:2018-07-09 責任編輯:lina

【導讀】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,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。
 
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(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
 
入射的太陽能負載通過HUD光學器件聚焦到散射器上,就像用于TFT面板時一樣。但在散射器中,透射光實際上被散開,消除了HUD光學器件的放大效應,因此能夠更加簡單地應對熱負載問題。通過TFT面板,太陽能被吸收,且可以輕松地將面板的工作溫度提高到最大額定值以上。正是這種太陽能負載帶來的優勢以及其卓越的亮度、對比度和色域,助力汽車制造商和一級供應商設計和推出新一代AR HUD。
 


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