实现新一代汽车抬头显示系统

图7– HUD光学设计概念 现有汽车HUD的图像源来自于LED阵列背光的LCD面板。随着该行业不断朝着宽视野范围的抬头显示系统发展，有些技术局限是LCD技术很难解决的。DLP投影技术则提供了可能的替代HUD图像生成单元（PGU）。随着抬头显示视野范围不断扩大，采用DLP技术作为HUD图像源的优势愈发明显。对于视野非常广的抬头显示系统，如增强现实显示所需的系统，DLP可能是唯一合理的解决方案，它能够提供将上述抬头显示系统部署在汽车内所需的亮度和设计灵活性。DLP支持光学设计的灵活性，适用于图像质量和机械布局。

光学设计灵活性

基于DLP的抬头显示系统将采用可进行优化的中间成像平面，使抬头显示镜面系统在机械方面适合汽车仪表盘。通过调整投影镜头的投影距离和重调焦距，可轻松调整中间画面大小。

HUD镜面光学设计受到各种光学和机械要求的限制，这些限制主要包括宽视野、图像亮度、眼动范围（eyebox）大小和位置以及机械包络。而分辨率、图像朝向和图像失真等次要限制也同样重要，但其对光学时效产生的影响较小。很多限制相互矛盾，其中一个示例就是光学设计相对于视野范围宽度的机械紧凑性。最接近眼动范围的镜面尺寸如上图所示，完全由视野大小、眼动范围的位置和大小来确定。图8显示了终极抬头显示镜面尺寸与全视野（FFOV）的比较。

图8– FFOV与HUD镜面大小之比较

其余的镜面尺寸和机械折叠装置受到HUD镜片光学装置的中间成像屏幕影响较大。支持中间成像屏幕的大小随着设计限制而变化，可灵活地使视野非常广的系统通过折叠将体积变小，从而装入仪表盘中。

在DLP HUD概念中，投影图形单元（PGU）在中间成像屏幕中形成DMD的小型放大明亮图像。该投影屏幕图像通过抬头显示镜光学装置进行放大，为驾驶员打造虚拟显示。HUD镜光学装置的设计人员不受固定图像大小或基于LCD系统的图像放大率的限制。可灵活选择最佳放大倍率和/或焦距能够给设计人员带来很多好处，可支持替代光学机械折叠配置。此外，这种灵活性可减少光学像差，最大限度地降低抬头显示设计的第二和第三镜面。

对于15度或更高角度的宽视角显示，要保持受人眼限制的图像分辨率就必须增加像素。图9显示了每视角的最小可解析分辨率绘图。基于DLP的系统可以轻松实现1200以上的像素，从而实现超过20度的宽视角。此外，中间成像的大小与像素数无关，可支持上述设计灵活性。

图9–分辨率与视野之比较

热负荷考量

DLPPGU系统在热负荷管理方面功能强大。基于DLP的PGU有3个独立的RGB LED光源，这些光源可在远离中间屏幕及相关阳光反射物的远程位置单独进行冷却。DMD本身可从LED中分离出来，允许单独对DMD进行热量管理。这对基于DLP的HUD引擎有重大优势，因此图像生成装置（DMD）与HUD中间成像屏幕和光源（LED）是热绝缘的。

HUD系统中的另一热源就是阳光直接照射图像生成装置所产生的辐射。阳光能进入HUD镜光学装置，并向下聚焦到成像器位置，从而大大增加局部的热量。对于目前基于LCD的系统，冷却镜面通常用来帮助减少成像器上的太阳能总量。如果管理不善，成像器上聚焦的太阳能量可能成为LCD面板的隐患，会降低LCD成像器的性能。相反，基于DLP的PGU中间屏幕能够有效地为成像器和电子元件隔离太阳辐射。由于有漫射屏，所以几乎捕捉不到太阳辐射，也不会将太阳辐射反射回DMD.中间屏幕的漫射屏是被动光元件，它的设计能够承受高水平的太阳辐射，同时不降低性能。

DMD的性能在热负荷下非常强。例如，图像对比度不受DMD热量的影响。DMD能够在炎热或寒冷环境中保持其对比度。因此，基于DLP的PGU能够在HUD系统要求的使用条件下正常运行。

对于有大视野范围的HUD系统，DLP技术在性能、热管理和光学设计灵活性方面具有显而易见的独特优势。采用基于DLP的PGU光学设计人员能够创建任何大小的HUD显示源，从而更加自由地创建性能良好、适合仪表盘的HUD光学设计。此外，隔离热源使基于DMD PGU的HUD系统在严苛环境下能更加稳定地运行。宽视角和增强现实HUD系统可以得益于DLP投影所带来的优势。