實現新一代汽車抬頭顯示系統

圖7– HUD光學設計概念 現有汽車HUD的圖像源來自于LED陣列背光的LCD面板。隨著該行業不斷朝著寬視野范圍的抬頭顯示系統發展，有些技術局限是LCD技術很難解決的。DLP投影技術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大，采用DLP技術作為HUD圖像源的優勢愈發明顯。對于視野非常廣的抬頭顯示系統，如增強現實顯示所需的系統，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部署在汽車內所需的亮度和設計靈活性。DLP支持光學設計的靈活性，適用于圖像質量和機械布局。

光學設計靈活性

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

HUD鏡面光學設計受到各種光學和機械要求的限制，這些限制主要包括寬視野、圖像亮度、眼動范圍（eyebox）大小和位置以及機械包絡。而分辨率、圖像朝向和圖像失真等次要限制也同樣重要，但其對光學時效產生的影響較小。很多限制相互矛盾，其中一個示例就是光學設計相對于視野范圍寬度的機械緊湊性。最接近眼動范圍的鏡面尺寸如上圖所示，完全由視野大小、眼動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械折疊裝置受到HUD鏡片光學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計限制而變化，可靈活地使視野非常廣的系統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裝置進行放大，為駕駛員打造虛擬顯示。HUD鏡光學裝置的設計人員不受固定圖像大小或基于LCD系統的圖像放大率的限制。可靈活選擇最佳放大倍率和/或焦距能夠給設計人員帶來很多好處，可支持替代光學機械折疊配置。此外，這種靈活性可減少光學像差，最大限度地降低抬頭顯示設計的第二和第三鏡面。

對于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。基于DLP的系統可以輕松實現1200以上的像素，從而實現超過20度的寬視角。此外，中間成像的大小與像素數無關，可支持上述設計靈活性。

圖9–分辨率與視野之比較

熱負荷考量

DLP PGU系統在熱負荷管理方面功能強大。基于DLP的PGU有3個獨立的RGB LED光源，這些光源可在遠離中間屏幕及相關陽光反射物的遠程位置單獨進行冷卻。DMD本身可從LED中分離出來，允許單獨對DMD進行熱量管理。這對基于DLP的HUD引擎有重大優勢，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系統中的另一熱源就是陽光直接照射圖像生成裝置所產生的輻射。陽光能進入HUD鏡光學裝置，并向下聚焦到成像器位置，從而大大增加局部的熱量。對于目前基于LCD的系統，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，也不會將太陽輻射反射回DMD.中間屏幕的漫射屏是被動光元件，它的設計能夠承受高水平的太陽輻射，同時不降低性能。

DMD的性能在熱負荷下非常強。例如，圖像對比度不受DMD熱量的影響。DMD能夠在炎熱或寒冷環境中保持其對比度。因此，基于DLP的PGU能夠在HUD系統要求的使用條件下正常運行。

對于有大視野范圍的HUD系統，DLP技術在性能、熱管理和光學設計靈活性方面具有顯而易見的獨特優勢。采用基于DLP的PGU光學設計人員能夠創建任何大小的HUD顯示源，從而更加自由地創建性能良好、適合儀表盤的HUD光學設計。此外，隔離熱源使基于DMD PGU的HUD系統在嚴苛環境下能更加穩定地運行。寬視角和增強現實HUD系統可以得益于DLP投影所帶來的優勢。