作者 | HYZY

出品 | 焉知

知圈 | 進“芯片社群”請加微信13636581676，備注芯片

一、基本原理

HUD本質(zhì)上是一個光學(xué)器件，其工作原理與投影儀基本相同，就是將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質(zhì)上。

  

圖 1  HUD工作原理

HUD主要由圖像生成單元（PGU）和光學(xué)顯示系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，圖像生成單元用以生成HUD輸出圖像，光學(xué)顯示系統(tǒng)用于顯示圖像。

圖 2  HUD結(jié)構(gòu)拆解

二、圖像生成單元

圖像生成單元PGU（Picture Generation Unit）是HUD最核心的部件，占HUD總成本的50%左右。圖像生成單元的作用是生成HUD輸出圖像，由光源、光學(xué)膜片和其它光學(xué)組件構(gòu)成。

PGU是HUD的核心技術(shù)壁壘，其技術(shù)路線的選擇直接決定未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線，具體可分為TFT-LCD、DLP和MEMS激光投影三種技術(shù)。不同的技術(shù)路線，其光源和光學(xué)組件都完全不同。

1.     薄膜晶體管液晶顯示屏技術(shù)TFT-LCD

TFT是LCD液晶顯示技術(shù)的一種，TFT-LCD的工作原理是LCD被背光光源照亮后，通過集成在LCD面板每個像素點背后的薄膜晶體管驅(qū)動液晶分子旋轉(zhuǎn)改變光源偏振狀態(tài)，從而呈現(xiàn)不同的明暗灰度，再通過RGB濾色片呈現(xiàn)彩色圖像。

圖 3  TFT-LCD

TFT-LCD可以做到高響應(yīng)速度、高亮度、高對比度地顯示圖像信息，且技術(shù)成熟、成本低，是目前HUD的主流技術(shù)路線。

TFT-LCD技術(shù)的劣勢主要在于熱管理難度大，需要有更多熱管理方面的光學(xué)設(shè)計。

2.     數(shù)字光處理技術(shù)DLP

DLP是一種以數(shù)字微鏡裝置作為主要光學(xué)控制元件調(diào)節(jié)反射光，并在勻光片上實現(xiàn)投射成像的技術(shù)。DLP是美國德州儀器的專利技術(shù)，通過集成數(shù)十萬個超微型鏡片的DMD（數(shù)字微鏡芯片），可將強光源經(jīng)過數(shù)字系統(tǒng)計算反射后投影出來。

圖 4  DLP

DLP技術(shù)的優(yōu)勢包括熱效應(yīng)不嚴重，及圖像明亮度、顏色飽和度等表現(xiàn)較佳。

DLP技術(shù)的劣勢有圖像對位、清晰度、銳度、重影、失真等問題，以及成本相對較高。

3.     激光掃描技術(shù)MEMS

MEMS技術(shù)使用具有較高功率的紅、綠、藍（三基色）單色激光器為光源，激光經(jīng)相應(yīng)的光學(xué)元件和處理芯片的整合與掃描后投射在顯示屏上。

圖 5  MEMS

MEMS方案的優(yōu)勢為低能耗、高亮度、大視場和高對比。

MEMS方案存在的主要問題包括：

n 激光二極管不耐高溫，暫無法滿足車載高溫工作環(huán)境要求；

n 激光二極管目前價格昂貴，相對使用其它投影技術(shù)無成本優(yōu)勢；

三、光學(xué)顯示系統(tǒng)

HUD的光學(xué)顯示系統(tǒng)一般包括反射鏡、調(diào)節(jié)電機及控制單元與前擋風(fēng)玻璃。

1.     前擋風(fēng)玻璃

除C-HUD依賴放置于儀表板上方的樹脂曲面鏡成像外，W-HUD和AR-HUD都需要通過擋風(fēng)玻璃成像。前擋風(fēng)玻璃的結(jié)構(gòu)有內(nèi)外兩層玻璃，內(nèi)外兩層玻璃之間存在一層PVB薄膜夾層。若將HUD圖像通過普通擋風(fēng)玻璃投射，在玻璃厚度和傾斜角度作用下，很容易行車虛像重影，投射效果差。

為了消除重影，目前的主流方案是將玻璃夾層內(nèi)PVB夾層制成楔形，使玻璃呈上厚下薄的狀態(tài)。

圖 6  楔形PVB夾層

此外，還可以通過在外層玻璃或內(nèi)層玻璃的內(nèi)表面上附加一層反射膜層，用于校正重影。

圖 7  反射膜

2.     反射鏡

反射鏡和擋風(fēng)玻璃需要進行擬合以盡可能消除畫面畸變。自由曲面反射鏡磨具需要用精密儀器制造，做成納米級，非球面鏡需要一次成型。

圖 8  自由曲面反射鏡消除畸變

3.     控制單元

HUD的控制單元接入車輛數(shù)據(jù)總線，獲取車速、導(dǎo)航、智能駕駛等信息，并在圖像生成單元輸出圖像。