車載AR-HUD
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-19
車載AR-HUD的實例教程
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。
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（通常≥7m）、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 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。
展開 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。
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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。
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。
技術價值與行業意義
本研究的三大核心突破，為車載AR-HUD的產業化提供了關鍵支撐：
micro-LED應用破局：首次將0.6inch micro-LED作為PGU，解決了“小尺寸與大虛像”的矛盾，同時規避DLP成本高、TFT-LCD亮度不足的問題；
雙級放大架構創新：放大鏡組+自由曲面鏡組的組合，實現125倍放大，虛像尺寸86.85inch，且系統體積僅0.67L，適配各類車型；
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。
