德州儀器DLP投影技術是一項被廣泛使用的成熟技術，用于多種顯示應用，包括：手持投影機、會議室和數(shù)字影院。DLP技術可滿足先進的HUD系統(tǒng)的需求。DLP電子系統(tǒng)可支持視頻處理和格式化，滿足需要圖形和視頻圖像的未來HUD系統(tǒng)的需求。高動態(tài)范圍LED控制系統(tǒng)的概念已被證明可提供在白晝和黑夜觀看的條件。此外，借助基于DLP技術的光學設計實施，相關人員可更加靈活地解決未來汽車HUD系統(tǒng)的光學設計難題、外形規(guī)格限制以及熱負荷管理等問題。

DLP電子系統(tǒng)概述

DLP汽車抬頭顯示系統(tǒng)的概念包含兩個子系統(tǒng)，即利用DLP控制器芯片的視頻處理和格式化子系統(tǒng)，以及利用Piccolo 微控制器(MCU)的LED控制系統(tǒng)。圖1展示了一個典型的DLP抬頭顯示系統(tǒng)應用。

圖 2. 連續(xù)調(diào)光模式

該系統(tǒng)還采用了斷續(xù)模式反饋來生成少量脈沖光。 該技術可將動態(tài)范圍擴展至超過5000:1的比例。圖 3顯示了斷續(xù)模式光脈沖示例。

圖5. 德州儀器概念系統(tǒng)的已測白點

圖 7 – HUD光學設計概念

現(xiàn)有汽車HUD的圖像源來自于LED陣列背光的LCD面板。 隨著該行業(yè)不斷朝著寬視野范圍的抬頭顯示系統(tǒng)發(fā)展，有些技術局限是LCD技術很難解決的。DLP投影技術則提供了可能的替代HUD圖像生成單元(PGU)。 隨著抬頭顯示視野范圍不斷擴大，采用DLP技術作為HUD圖像源的優(yōu)勢愈發(fā)明顯。對于視野非常廣的抬頭顯示系統(tǒng)，如增強現(xiàn)實顯示所需的系統(tǒng)，DLP可能是唯一合理的解決方案，它能夠提供將上述抬頭顯示系統(tǒng)部署在汽車內(nèi)所需的亮度和設計靈活性。DLP支持光學設計的靈活性，適用于圖像質(zhì)量和機械布局。

光學設計靈活性

基于DLP的抬頭顯示系統(tǒng)將采用可進行優(yōu)化的中間成像平面，使抬頭顯示鏡面系統(tǒng)在機械方面適合汽車儀表盤。通過調(diào)整投影鏡頭的投影距離和重調(diào)焦距，可輕松調(diào)整中間畫面大小。

HUD鏡面光學設計受到各種光學和機械要求的限制， 這些限制主要包括寬視野、圖像亮度、眼動范圍(eyebox)大小和位置以及機械包絡。而分辨率、圖像朝向和圖像失真等次要限制也同樣重要，但其對光學時效產(chǎn)生的影響較小。很多限制相互矛盾，其中一個示例就是光學設計相對于視野范圍寬度的機械緊湊性。最接近眼動范圍的鏡面尺寸如上圖所示，完全由視野大小、眼動范圍的位置和大小來確定。圖8顯示了終極抬頭顯示鏡面尺寸與全視野(FFOV)的比較。

圖 9 –分辨率與視野之比較

熱負荷考量

DLP PGU系統(tǒng)在熱負荷管理方面功能強大?；贒LP的PGU有3個獨立的RGB LED光源，這些光源可在遠離中間屏幕及相關陽光反射物的遠程位置單獨進行冷卻。DMD本身可從LED中分離出來，允許單獨對DMD進行熱量管理。這對基于DLP的HUD引擎有重大優(yōu)勢，因此圖像生成裝置(DMD)與HUD中間成像屏幕和光源(LED)是熱絕緣的。

HUD系統(tǒng)中的另一熱源就是陽光直接照射圖像生成裝置所產(chǎn)生的輻射。陽光能進入HUD鏡光學裝置，并向下聚焦到成像器位置，從而大大增加局部的熱量。 對于目前基于LCD的系統(tǒng)，冷卻鏡面通常用來幫助減少成像器上的太陽能總量。如果管理不善，成像器上聚焦的太陽能量可能成為LCD面板的隱患，會降低LCD成像器的性能。相反，基于DLP的PGU中間屏幕能夠有效地為成像器和電子元件隔離太陽輻射。由于有漫射屏，所以幾乎捕捉不到太陽輻射，也不會將太陽輻射反射回DMD。中間屏幕的漫射屏是被動光元件，它的設計能夠承受高水平的太陽輻射，同時不降低性能。

DMD的性能在熱負荷下非常強。例如，圖像對比度不受DMD熱量的影響。DMD能夠在炎熱或寒冷環(huán)境中保持其對比度。因此，基于DLP的PGU能夠在HUD系統(tǒng)要求的使用條件下正常運行。

對于有大視野范圍的HUD系統(tǒng)，DLP技術在性能、熱管理和光學設計靈活性方面具有顯而易見的獨特優(yōu)勢。采用基于DLP的PGU光學設計人員能夠創(chuàng)建任何大小的HUD顯示源，從而更加自由地創(chuàng)建性能良好、適合儀表盤的HUD光學設計。此外，隔離熱源使基于DMD PGU的HUD系統(tǒng)在嚴苛環(huán)境下能更加穩(wěn)定地運行。寬視角和增強現(xiàn)實HUD系統(tǒng)可以得益于DLP投影所帶來的優(yōu)勢。