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了解和利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示的太陽能負(fù)載
發(fā)布時(shí)間:2018-07-09 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】一直以來,設(shè)計(jì)AR顯示面臨的兩項(xiàng)最大挑戰(zhàn)是亮度和太陽能負(fù)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(yuǎn)地將圖像投射到道路上。
當(dāng)今的HUD可達(dá)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(yuǎn)的地方,使圖像真正做到增強(qiáng)并與駕駛員的視野互動(dòng)。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)抬頭顯示(HUD)是汽車行業(yè)中出現(xiàn)的新一項(xiàng)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(jìn)入到積極開發(fā)AR擋風(fēng)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(shí)世界之上疊加數(shù)字信息,增強(qiáng)駕駛員對當(dāng)下情景的了解并改善其駕駛體驗(yàn)。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(jì)AR顯示面臨的兩項(xiàng)最大挑戰(zhàn)是亮度和太陽能負(fù)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(yuǎn)地將圖像投射到道路上。當(dāng)今的HUD可達(dá)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(yuǎn)的地方,使圖像真正做到增強(qiáng)并與駕駛員的視野互動(dòng)。 為了延長虛擬圖像的距離,設(shè)計(jì)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(jì)弊端是太陽能負(fù)載(即太陽能)集中于HUD成像儀面板上極小塊區(qū)域時(shí)會產(chǎn)生過大負(fù)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(diǎn)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(jìn)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(fù)載放大到散射屏或薄膜晶體管(TFT)面板上
利用DLP®技術(shù)獨(dú)特的中間散射屏結(jié)構(gòu),可以設(shè)計(jì)出能夠承受由太陽光放大所產(chǎn)生熱負(fù)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(fēng)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(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(diǎn)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(fù)載通過HUD光學(xué)器件聚焦到散射器上,就像用于TFT面板時(shí)一樣。但在散射器中,透射光實(shí)際上被散開,消除了HUD光學(xué)器件的放大效應(yīng),因此能夠更加簡單地應(yīng)對熱負(fù)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(fù)載帶來的優(yōu)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(yīng)商設(shè)計(jì)和推出新一代AR HUD。
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