了解和利用增强现实抬头显示的太阳能负载

2023-04-04

真正的增强现实展示技术要求具备至少一百零度的宽阔视野与七点五米以上的虚拟图像距高,这些关键指标共同定义了其沉浸式体验的质量与广度。其中,视野以角度为单位衡量显示区域的大小,而虚拟图像距离则代表投射图像于实际环境中的位置深度。在汽车抬头显示器的应用场景下,虚拟图像距高具体指的是投射在道路面上的图象离车辆的实际距离。

AR技术的核心理念在于于在物理世界基底上无缝融合数字化资讯,旨在显著提升驾车者对于当前情境的认知深度及驾驶过程的整体体验感。随着FOV的拓宽,虚拟图象与真实环境之间的融合更为顺畅自然,由此产生的显示效果更加细腻且沉浸式。

长期以来,设计高级现实显示技术所面临的两大关键挑战在于提升亮度与优化能源消耗效率。为了追求极致的视觉体验和广泛的视角覆盖,必须确保成像设备能够高效地产生光线,并将其大量投射至可见区域。此外,实现图像在远距离道路上清晰、自然地呈现在视野内,亦是当前AR抬头显示器所面临的技术障碍之一。

目前,主流HUD技术所能提供的水平视场角有限,通常仅为7到8度或更小,且仅能在车辆前方2.0到2.5米的区域内投射图像。这一局限性导致投射出的图像给人以漂浮在车前引擎盖之上的错觉。然而,随着技术的进步与创新,人们寄希望于未来能够突破这些限制,使图像得以更为远距离地投射,且在视觉上更加无缝地融入驾驶员的实际视野中,从而实现真正意义上的增强现实体验,并与驾驶者的直接观察进行交互。

为了扩展视距而实施的设计中,常见的做法是配置放大倍率在二十六至三零倍之间的系统。然而,这类设计的一个显著缺点在于:当能量需求以极大的强度聚集于HUD显示器组件的小面积上时,会产生过量的热能负荷。通过提高放大的倍数,成像设备得以被安置在与光学元件焦点更为接近的位置,这导致了单位面积内能量集中程度的显著提升,如图二所示。

鉴于此情境下的技术挑战,我们面临的问题在于聚焦的太阳能与增强的光照入射量,导致系统在处理大量能量时产生过热现象。这一状况是由高级AR HUD组件中的大尺寸眩光抑制器所引起的,它不仅有效地捕捉并引导光线,同时也对系统的散热能力构成了压力,从而触发了过热事件。

了解和利用增强现实抬头显示的太阳能负载 (https://ic.work/) 虚拟现实 第1张

通过巧妙地应用DLP®技术所特有的中间散射屏架构,我们能够精心设计出一款具备抵御由阳光放大后产生的热压力能力的抬头显示器。如图3中所示,基于DLP技术的HUD设备能够在屏幕上投射影像信息,并借助于其光学组件将其放大约束并最终投影至前风挡玻璃之上,从而确保驾驶员能清晰地在视野内接收这些信息。相比之下,在TFT HUD系统中,则通过将TFT面板直接集成到HUD的光学部件之中,有效替代了传统意义上的散射屏及辅助电子设备的存在,展现出一种更为高效和简洁的设计思路。

了解和利用增强现实抬头显示的太阳能负载 (https://ic.work/) 虚拟现实 第2张

为了深刻理解散射屏为何展现出优越性能,我们不妨将之与传统TFT面板在物理特性的对比进行剖析。散射屏的两大核心优势显著在于其卓越的耐温性,同时更为关键的是,它能够有效地避免大量的太阳直射可见光谱被吸收——这一特性尤为重要,因为它使得红外[IR]和紫外[UV]部分得以轻易过滤。

了解和利用增强现实抬头显示的太阳能负载 (https://ic.work/) 虚拟现实 第3张

入射的日光能量经由高级光学组件汇聚至散射器之上,这一过程与用于TFT显示屏的操作原理相仿。然而,在该散射器内,穿透光线被均匀分散,从而抵消了传统HUD光学系统中的放大效果,显著简化了热负荷管理的挑战。通过采用TFT面板技术,太阳能被有效吸收,并能够轻易地使组件工作温度攀升至其额定最大值之上。

这一太阳能负载的应用为汽车制造商和一级供应商提供了独特优势,它不仅增强了显示的亮度、对比度和色域表现,而且为推动开发新一代增强现实抬头显示器奠定了坚实的基础。

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