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德州儀器:了解和利用增強現(xiàn)實抬頭顯示的太陽能負載

2018-07-27 14:19 7372
德州儀器Mike Firth:現(xiàn)如今,增強現(xiàn)實(AR)抬頭顯示(HUD)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(fā)AR擋風玻璃HUD階段。AR技術背后的理念是在現(xiàn)實世界上疊加數(shù)字信息,增強駕駛員對當下情景的了解并改善其駕駛體驗。

北京2018年7月27日電 /美通社/ -- 增強現(xiàn)實(AR)抬頭顯示(HUD)是汽車行業(yè)中出現(xiàn)的新一項重大發(fā)明?,F(xiàn)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(fā) 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(xiàn)在道路上的距離。

AR 技術背后的理念是在現(xiàn)實世界之上疊加數(shù)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
圖 1:AR顯示示例

一直以來,設計 AR 顯示面臨的兩項較大挑戰(zhàn)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(fā)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(shù)為25到30倍的系統(tǒng)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(qū)域時會產(chǎn)生過大負荷熱量。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(huán)境溫度問題,而是由于太陽能得到聚焦以及進入系統(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
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(chǎn)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(xiàn)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
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(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
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較大額定值以上。正是這種太陽能負載帶來的優(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商設計和推出新一代 AR HUD。

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文章作者:德州儀器 Mike Firth

消息來源:德州儀器
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