車載HUD的案例
車載HUD成像不清晰？OAS 精準優化解難題
抬頭顯示器的三維追跡圖
抬頭顯示器的探測器結果圖
總結
此案例充分驗證了OAS在解決車載 HUD 技術難題方面的強大功能。從光源設置、反射鏡設計到 LCD 顯示屏的調整以及系統整體的優化分析，OAS 軟件為車載 HUD 的研發提供了全面且精準的解決方案。隨著汽車智能化的持續發展，車載 HUD 技術將不斷革新，OAS 軟件也將在其中發揮更為重要的作用，助力實現更高效、更智能、更安全的駕駛體驗。
Zemax案例 | 基于micro-LED的車載AR-HUD光路設計
引言
在智能駕駛浪潮下，車載抬頭顯示器（HUD）已從“輔助工具”升級為“人機交互核心”，其中增強現實（AR）技術與HUD的融合（AR-HUD）更是憑借“虛實融合、信息疊加”的優勢，成為提升駕駛安全性與交互體驗的關鍵技術。然而，當前AR-HUD行業仍面臨三大核心痛點：圖像源（PGU）成本高、亮度不足、陽光倒灌致器件損壞。
上海大學微電子學院戴高宇團隊在《光學學報》發表的研究論文《面向微顯示芯片的車載抬頭顯示光路設計》[1]，創新性地以0.6inch micro-LED微顯示芯片為核心，設計出兼具“高放大倍率、小體積、抗陽光倒灌”的AR-HUD光路系統。
行業現狀
車載HUD歷經“集成型（C-HUD）→擋風玻璃型（W-HUD）→增強現實型（AR-HUD）”三代演進，其中AR-HUD通過延長虛像距離（通?！?m）、擴大視場角，可將導航箭頭、路況提示等信息疊加在真實道路上，大幅減少駕駛員低頭頻率。但現有AR-HUD的PGU技術路線均存在明顯短板：
數字光投影（DLP）技術：被德州儀器壟斷，成本高，且依賴投影燈泡與色輪，系統體積大[2]；
薄膜晶體管液晶顯示（TFT-LCD）技術：自發光亮度不足（難以滿足日間室外需求），虛像清晰度易受環境光影響[3]；
激光掃描投影：對溫度敏感，穩定性差，不適合車載復雜工況[4]。
micro-LED微顯示芯片恰好彌補了上述短板—其具備自發光、高亮度（峰值亮度可達10萬nit以上）、小體積（0.6inch僅約1.524cm）、高分辨率（1280×1024）的優勢，成為AR-HUD的理想圖像源。但micro-LED的“小尺寸”也帶來新挑戰：要實現駕駛員清晰觀測的大虛像（需≥50inch），需通過光路系統將圖像放大120倍以上，同時需解決“高倍放大下的像差校正”與“陽光倒灌燒屏”問題。
展開 車載 AR-HUD 虛像不清晰？OAS軟件跨尺度仿真來助力
直接投影式
反射投影式
總結
本案例基于 OAS 光學軟件實現車載 AR?HUD 衍射波導全鏈路光學仿真與優化，覆蓋建模、參數配置、追跡分析、性能評估及迭代優化閉環流程，精準獲取耦合效率、能量分布、視場均勻性、像質等核心指標，為光柵結構與波導系統設計提供量化依據。OAS 在衍射波導仿真中的精度與效率得到驗證，可支撐車載 AR?HUD 從概念設計到工程落地的高效迭代，助力國產高端車載光學顯示系統自主研發與性能升級。
HUD | 現代摩比斯開發全球首個可變形車載顯示
現代摩比斯電裝BU長鄭秀卿(副社長)表示：“我們將在現有核心零部件技術能力上，結合先進技術，持續開發未來最適合車載設備的融合新技術。”
此前，現代摩比斯曾公開未來的城市共享型新一代智能移動出行概念車M.Vision X， M.Vision X 概念車設計為四座自動駕駛汽車，其特點是車窗可以轉變為顯示屏，為乘客帶來便利，非常適合在車內觀看體育賽事，演出等視頻。該車的每個水平表面幾乎都是屏幕，車輛可以提供 360 度的觀看觀看效果。
另外，現代摩比斯還確保了將車輛行駛信息實時與前方道路匹配，投影到前置玻璃窗上的AR HUD(增強現實抬頭顯示)技術。
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展開 
Zemax與Lumerical實現衍射光波導形式HUD設計與仿真【8月20日直播】
隨著智能車載系統的發展與智能駕駛體驗需求的增加，車載抬頭顯示 HUD 系統作為信息顯示的媒介，能夠將儀表盤信息、傳感器獲得的輔助駕駛信息和與環境融合的現實增強信息完美地呈現給駕駛者，使駕駛者無需低頭觀看儀表，極大地提升了駕駛的安全性和體驗感。
相較于傳統的車載HUD，AR-HUD擁有更大的FOV（10°*3°以上）和更大的虛擬屏幕尺寸（70寸以上），因此能結合更遠的虛像距離（10米以上）、顯示更豐富的信息，從而具備更好的交互效果。
目前AR-HUD實現的主流方案是使用圖像生成單元PGU投影圖像至擴散膜后，經兩級自由曲面反射鏡反射至擋風玻璃后反射，讓圖像光進入人眼。但該HUD系統的體積大，一般在10L以上，這也影響了AR-HUD的廣泛應用進程。
而基于衍射光波導的AR-HUD方案，可以憑借其平板光波導超薄的結構和二維擴瞳能力，極大減小對光機體積的需求，這也是未來HUD發展的重要方向。
衍射光波導可以改變光信息傳播的方向和能量，進而引導光信息從波導內部傳輸到人眼，其核心和難點在于出瞳處均勻的復制N次入射光瞳，使出瞳面積/出光面積大幅度增大。這種設計極大的優化了系統結構，使得AR光學成像系統體積急劇縮小，引起產業矚目。
基于此，Ansys將于8月20日推出「衍射光波導的HUD聯合工作流」主題網絡研討會。本次研討會將討論如何通過Ansys光學產品進行HUD的設計和仿真，并重點介紹如何結合 Ansys Zemax與Lumerical的動態連接工作流程進行衍射光波導系統的設計與優化，助力AR-HUD的產品研發，加速上市流程。
展開 免費線上研討會 | 使用 Ansys Speos 設計 HUD 解決方案
HUD（Heads-up-display）中文簡稱抬頭顯示，是一種光學器件，其工作原理與投影儀基本相同，將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質（玻璃等）上。
圖源網絡
按照產品的迭代，一般我們可以把市面上車載HUD產品分為C-HUD、W-HUD、AR-HUD和全景HUD等四類。其中C-HUD（組合抬頭顯示）發展最早，逐漸面臨淘汰；W-HUD（擋風玻璃抬頭顯示）是目前技術主流，發展迅速；AR-HUD是未來發展趨勢之一，但受限于技術及成本，商業化應用處于起步階段；全景HUD則處于技術早期，商業化應用有待突破。
對于如何能更好地設計與分析 HUD 抬頭顯示器，武漢宇熠將于2023年4月3日舉辦一場免費線上研討會—— 『使用 Ansys Speos 設計 HUD 解決方案』。
本次會議有助于幫助大家深入交流 HUD 抬頭顯示的產業現狀及趨勢，了解使用 Ansys Speos 在 HUD設計方向的流程化設計思路以及 Ansys Speos 與 Ansys Zemax 聯合設計的解決方案。
展開 一文熟悉火熱的AR HUD
增強現實型（AR）抬頭顯示（HUD）產品，是車內整合整車信息，然后將之以圖案化形式反饋給駕駛員的智能化配置，它可以有效防止駕駛員低頭看屏幕所帶來的分心駕駛。在智能汽車的風口之下，眾多車企正在積極搶灘登陸，AR HUD有望成為各廠商秀肌肉的核心配置之一。
長城WEY 摩卡AR HUD
什么是AR HUD？
AR HUD即AR技術與抬頭顯示的結合體。
AR技術，全稱Augmented Reality，翻譯一下就是增強現實。是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。最早于1990年提出。
HUD，全稱 head up display，即我們常說抬頭顯示。它的作用，就是把時速、導航等重要的行車信息，投影到駕駛員前面的風擋玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉頭就能看到時速、導航等重要的駕駛信息。常規的HUD有兩種模式，組合式的C-HUD與，風擋式W-HUD。早在80年代便出現在一些概念車上，由于HUD技術起源于戰斗機，自帶科技光環，車載HUD的出現令大家驚艷不止。
車載HUD起源于戰斗機上的HUD
AR HUD是在HUD光學投影系統中融入AR技術，在我們看到的真實世界中覆蓋上數字圖像，使得HUD投射出來的信息與真實的駕駛環境融為一體。
來源，知乎史高玻
AR HUD是一個精密的光電系統，它需要整合ADAS系統所采集到的行車信息，搭配高精度地圖，再以優質的HMI設計，將信息投射在前風擋之上。
展開 AR/VR | 專利申請調查：日本以量取勝，美國以質勝出
專利申請數較多企業特征分析
從IPC（International Patent Classification，國際專利分類）和申請企業矩陣圖（下圖3）來看，整體上專利數較多的是用戶和計算機協作（用于實現人機交互的設備、特定對象）、3維CG、HUD。
在游戲軟件方面，索尼集團、COLOPL、萬代南夢宮（Bandai Namco）、日本GREE株式會社、任天堂、中國·騰訊控股、SQUARE ENIX（史克威爾·艾尼克斯）、KONAMI（科樂美）等企業的存在感較強。在游戲HUD（內置傳感器/攝像頭）方面，美國微軟、Meta Platforms較有名。
日本精機、松下、電裝、柯尼卡美能達、理光、麥克賽爾（Maxell）、韓國三星電子、本田、豐田汽車在車載HUD方面有較高存在感。HUD方面的主要廠家有日本精機愛普生和Meta、谷歌、蘋果；在內置了傳感器/攝像頭的HUD方面，主要廠家有索尼集團、Magic Leap、佳能。此外，富士通和美國高通注重研發傳感器/攝像頭；索尼集團、富士通、美國Immersion公司、蘋果、騰訊等企業注重研發觸摸（Touch Panel）產品。
基于以上數據，我們可以看出各行業、各企業的特點，因此此次樣本數據是合格的。
圖3：IPC和專利申請單位矩陣圖（著重專利申請年份）（圖片出自：Intellectual property Landscape）
評價專利是否重要的指標一一專利被引用頻次
接下來分析一下專利的被引用頻次問題，也是獲得諾貝爾獎提名的主要原因。下圖4左側是排名靠前企業專利申請年份匯總表，從表中可以看出，作為先驅型企業的索尼集團、微軟、高通在2015年之前就有許多專利被其他企業引用（101件以上），作為后起之秀的Magic Leap、Meta、谷歌、蘋果在2015年之后開始有大量專利被引用（51件以上）。
展開 汽車知識科普之二：懸浮的“儀表盤”——HUD技術
①周曉.AR-HUD輔助駕駛系統對駕駛行為影響的研究[D].武漢:武漢理工大學,2018(05)
②劉雙廣.對汽車HUD的交互設計研究[J].中國包裝,2018(06):56-58
③黃興洲.車載平視顯示系統光學模組技術研究[D].北京:中國科學院大學,2019(06)
④齊濤,邵麗青.車載HUD的發展現狀及趨勢分析[J].汽車縱橫,2019(11):54-57
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3D懸浮圖樣成像失真？OAS軟件深度解析破難題
目前，周期型懸浮圖樣廣泛應用于裸眼 3D 顯示、消費電子智能背板、車載 HUD 顯示等領域，可顯著提升視覺交互的逼真度與沉浸感。OAS 光學軟件憑借其高精度幾何光學建模、非序列光線追跡及光場分析能力，成為周期型懸浮圖樣設計與優化的專業工具。
案例設置與操作
參數設置
在 OAS 軟件中定義微透鏡陣列參數，設置單透鏡焦距為 200μm、陣列周期 50μm，透鏡面型為球面；字符陣列選用 “OAS” 圖案中的字母A，像素尺寸 10μm×10μm，陣列周期小于透鏡周期。
探測器設置
設置探測面與基板的垂直距離范圍為 5-15mm，采樣精度設為 1μm，以捕獲細微光場分布。
模型構建
在玻璃基板兩側分別生成微透鏡陣列與字符陣列：微透鏡陣列構建球面輪廓，字符陣列完成圖案化；調用OAS的表面散射功能設置微透鏡表面反射率。
光線追跡
選擇軟件非序列模式追跡，該模式可精準捕捉光在微透鏡折射、基板透射、字符陣列反射 / 透射的完整路徑，避免傳統序列追跡對光場重現的信息丟失；追跡次數設為 100 萬條光線，確保統計精度。
周期型懸浮圖樣
總結
本案例通過 OAS 軟件完成周期型懸浮圖樣的建模、追跡與分析。未來，OAS 可進一步拓展該技術在 AR 眼鏡顯示、智能座艙交互面板等領域的應用，為集成成像類產品的快速迭代提供專業光學仿真支撐。
展開 Speos案例 | 基于Speos的衍射波導AR風擋HUD系統仿真解決方案
引言
隨著智能汽車座艙技術快速迭代，增強現實抬頭顯示（AR HUD）已成為高端智能車載座艙的核心配置。相較于傳統反射鏡式AR HUD，衍射波導型AR HUD憑借體積小巧、集成性強、適配各類車載座艙狹小空間的優勢，成為行業主流發展方向。衍射波導AR HUD融合納米級光柵微結構與宏觀投影鏡頭系統，光學鏈路復雜，傳統單一仿真軟件難以實現全鏈路性能校驗。Ansys光學仿真套件構建了Zemax OpticStudio+Lumerical +Speos一體化設計仿工作流，覆蓋投影鏡頭設計、亞波長光柵建模、系統級光學集成分析全流程。
其中Ansys Speos作為系統級仿真核心工具，可實現多軟件數據無縫對接、三維環境光學仿真、人眼視覺感知評估，為車載AR HUD光學性能優化、成像質量校驗、雜散光抑制提供專業仿真支撐。本文基于Ansys官方衍射波導AR風擋HUD仿真案例，全面解析Speos在AR HUD研發中的應用價值、仿真流程、核心參數及結果分析，為車載光學行業研發人員提供參考。
衍射波導AR HUD技術優勢與仿真痛點
1.1 技術核心優勢
AR HUD可將車速、導航、路況等行車信息直接投射至駕駛員視野區域，實現視線不離路的安全駕駛輔助。衍射波導架構摒棄傳統大體積反射鏡模組，利用表面浮雕光柵（SRG）與光波導全反射原理完成光信號傳輸，核心優勢如下：
結構微型化：整體體積遠小于傳統反射鏡方案，易于嵌入儀表臺狹小空間；
成像畫質優：可精準控制光路傳播，適配大視場、高清晰度成像需求；
適配性廣泛：兼容各類車型風擋曲面結構，滿足不同座艙布局設計要求。
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