作者：德州儀器Michael Firth

通過將關鍵駕駛信息疊加到真實世界中，增強現(xiàn)實(AR)抬頭顯示(HUD)將徹底改變駕駛體驗。如今，AR顯示的最佳示例是用于戰(zhàn)斗機，可在飛行員的直接視線中置放大量關鍵信息。

在汽車環(huán)境中，圖形直接置放于駕駛員視線內(nèi)取代了基本警告音或符號，通過這種方式可以傳達信息并識別駕駛員視野中的威脅，使其能夠立即采取行動。圖形表現(xiàn)為真實世界的自然保形延伸;它們不僅僅是現(xiàn)今HUD中的二次信息顯示。

正如我之前在關于陽光負載的博客文章中所討論的，太陽輻照度對AR HUD設計提出了重大挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的HUD不同，AR HUD具有寬視場和長虛像距離，并且需要將車輛的傳感器數(shù)據(jù)與HUD顯示進行實時集成。長虛像距離(>7m)及較小程度上的較寬視場(至少水平10度角x垂直4度角)導致太陽能集中度顯著提高，并在成像儀面板上發(fā)生相應的熱升。為了防止太陽輻照度造成的熱損傷，您必須仔細設計AR HUD并運行詳細的陽光負載模擬以驗證操作是否可靠。

在模擬陽光負載對AR HUD設計的影響時，需要考慮以下幾點。

陽光負載模型的準確性

雖然看起來很明顯，但我不能夸大模型元素中準確性的重要性。AR HUD陽光負載模擬需要精確的陽光光源模型(具有適當?shù)慕嵌?、光譜和輻照度特性)，以及針對汽車中光學元件的精確光譜透射曲線，包括(但不限于)擋風玻璃、眩光陷阱和熱/冷鏡。

離軸太陽輻照度的影響

在日常駕駛條件下，當車輛轉彎及上下坡時，各種角度的日照均會射入車內(nèi)。因此，重要的是在適當?shù)慕嵌确秶鷥?nèi)掃描入射的太陽光，如圖1所示。TI發(fā)現(xiàn)，在采用TI DLP®技術的AR HUD原型中，離軸峰值太陽輻照度比主光線水平差2.7倍，導致熱負荷顯著增加。模擬的峰值太陽輻照度如圖2所示。如果您的系統(tǒng)設計無法處理最壞情況下的離軸太陽輻照度，那么您將面臨因受損成像儀面板造成的不可接受的現(xiàn)場故障風險。

圖 1：在一系列輸入角中模擬太陽光

圖 2：散射屏上的峰值輻照度作為輸入陽光角度的函數(shù)。

太陽輻照度的熱效應

模擬峰值太陽輻照度只是預測和避免熱失效的第一步。太陽能根據(jù)其所射入材料的光譜吸收轉換為熱量。例如，在我們的測試中，如圖3所示，由于陽光負載導致的薄膜晶體管(TFT)面板的溫升比基于DLP技術的系統(tǒng)中所用的透射式微透鏡陣列散射屏快6倍，從而使TFT面板更易受到太陽輻照度的損害。

在85°C的環(huán)境溫度下，由于其低光譜吸收和高工作溫度的特性，HUD系統(tǒng)中采用DLP技術的Kuraray散射屏可以承受高達82kW/m2的太陽輻照度。這種熱性能使DLP技術能夠支持AR HUD中的長虛像距離。

圖 3：溫升與太陽輻照度

AR HUD的設計挑戰(zhàn)與當今HUD設計中的挑戰(zhàn)有很大不同。AR HUD中的陽光負載明顯較高，您必須運行詳細的熱模擬并考慮設計中的離軸太陽輻照度。有關陽光負載建模的更詳細討論，請參閱白皮書“DLP技術：加載在增強現(xiàn)實抬頭顯示系統(tǒng)中的太陽能。”