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四种汽车AR HUD成像技术方案对比
在抬头显示行业,传统的W HUD显示画面小,信息不够直观。因此能实现虚拟图像与道路实景相结合,在挡风玻璃直接进行AR 导航的AR HUD被行业热捧。ARHUD需要整合各种车辆传感器信息(包括ADAS信息),给驾乘人员带来更智能的体验,因此,AR HUD被认为是智能汽车概念的完美契合产品。



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自奔驰S级,到前段时间广州车展上的北京魔方,已量产或是预量产的AR HUD已有近十款。AR HUD产业之所以如此快速的增长,除了显示效果更好,以下两个原因也不可忽视:一是经过这些年的技术积累,产业链的进一步成熟,各AR HUD厂商在技术与成本控制方面均有着很大的提升;而另一方面,新生代消费者对待新的科技性事物有着更好的包容度,AR HUD这种酷炫的产品更容易被大家所接受。

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言归正传,我们来回到今天的主题:成像方式。大家都知道,AR HUD是一个光学投影系统,其影像源部分(PGU,也就是光机部分)是一个核心所在,占据了极大比例的产品硬件成本。这里所说的成像方式便说的是影像源成像的技术方案。

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根据影像源的硬件与原理的不同,目前主流的成像方式分为四种:TFT、DLP、LCOS、以及基于MEMS技术的LBS方案。就目前的市场现状来看,走向量产的仅有TFT与DLP两种方案。而随着华为、一数科技等厂商在LCOS方案上的发力,这一技术路线也正在被行业重点关注。

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四种主流 AR HUD成像方案对比

接下来,我们便来具体了解一下这四种成像方式是什么:

TFT



TFT是TFT-LCD的简写,这种方案是目前HUD行业最常见,技术最成熟的投影技术。其原理是LED发出的光透过液晶单元后将屏幕上的信息投射出去。
 
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 TFT LCD光路:1、LED灯,2、透镜,3、TFT LCD,4、反射镜1,5、反射镜2,6挡风玻璃,7、眼盒
 

优点:


方案成熟、成本相对较低

缺点:


  1. 投影距离变长,解决阳光倒灌难度大

  2. 光线为偏振光,太阳眼镜问题

  3. 光效低,产品亮度欠缺。

 
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长城汽车WEY摩卡TFT AR HUD
 
TFT-LCD 显示屏:京瓷、JDI、天马、京东方、信利

HUD厂家:TFT是目前主流AR HUD厂商的技术路线,绝大多数在各自领域都有着特色方案

DLP



DLP即Digital Light Processing的缩写,采用的是TI的专利产品-DMD芯片(DigitalMicromirror Device,中文意思为数字微型反射镜元件)。DMD由数百万个高反射的铝制独立微型镜片组成,每个镜片可以通过数量庞大的超小型数字光开关控制角度。这些开关可以接受电子讯号代表的资料字节,然后产生光学字节输出。

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DLP 影像源结构原理图(图片由惠州华阳多媒体的张先生提供)

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优点:

  1. 相较于TFT,DLP更容易获得高亮度,TI官网的介绍是大于15K cd/m2 ,此外DLP在不同温度下也可以保持一致的图像质量

  2. 由于DLP本身材质以及结构方面的优势,能更好的应对太阳光倒灌问题。

  3. DLP不使用偏振光,因此即使戴着太阳镜也能看到显示内容

  4. 支持光波导和全息的AR HUD设计


缺点:

  1. 成本相对较高,但TI已开发出低成本的车规级产品

  2. 为德州仪器TI专利产品,供应商只有一家


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DLP技术厂商:德州仪器TI

DLP PGU厂家:广景视睿、水晶光电、舜宇等

HUD厂商:目前主流的AR HUD方式,如:日本精机(量产)、华阳(量产)、疆程、京龙睿信等

LCOS



LCoS(Liquid Crystal on Silicon),翻译过来叫液晶附硅,也叫硅基液晶,是一种基于反射模式,尺寸比较小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。它属于新型的反射式micro LCD投影技术。

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LCOS 结构原理图,来源网络

优势:

  1. 分辨率高,DLP能做到1920×1080的真实分辨率,而LCoS则能够做到4k甚至8k的真实分辨率。
  2. 体积小,0.69英寸的LCoS已经可以对标3.1英寸的TFT
  3. 成本合适
  4. 芯片供应商相较于DLP更多,交期与降本可能性更高。此外更重要的是芯片可国产化替代
  5. 更低的功耗

缺点:

  1. 光源是偏振光,太阳眼镜问题
  2. LED光源时,光效较低,因此亮度不够。后续需要采用激光光源,而激光光源目前车规级厂商少,且价格贵
  3. 散斑问题

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华为 AR HUD 实拍,来源华为光网bilibili

 

LOCS芯片:Ominivision、奇景光电、南京芯视元、Syndiant等


LCOS PGU厂商:华为、一数,但尚未量产



LBS-MEMS激光投影



LBS即Laser Beam Scanning缩写,是 “MEMS微激光投影”方案。这种方案是将RGB三基色激光模组与微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS)结合的投影显示技术方案。从驱动的角度来说,MEMS微激光投影属于扫描式投影显示,应用微机电二维微型扫描振镜及RGB三基色激光,以激光扫描的方式成像,其输出分辨率取决于MEMS微镜的扫描频率。


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MEMS微激光投影设备结构图

优点:


  1. 光学引擎大幅度简化,体积可以优化
  2. 产品对比度高,可以轻松达到7000:1,远超DLP
  3. 高亮度
  4. 色域广(>150%),功耗更低(<4-6W),发热量很小
  5. MEMS激光显示纯黑像素时是可以关掉的,因此更易提高对比度,且零纱窗效应。

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MEMS投影原理,图片来源点石创新官网

缺点:

 

  1. 分辨率不高,约720P,提高分辨率需要比较高的成本,但可通过量产降成本。
  2. 激光二极管对温度较敏感,实现车规级还有困难需克服。目前激光光源仅有日亚较为成熟


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上图为先锋在2012年推出的HUD,结合了激光扫描与AR,售价高达4000美元。(图片来源:佐思汽车研究)

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上图为松下的激光扫描HUD原型(图片来源:佐思汽车研究)


MEMS芯片:英飞凌、龙马璞芯等


LBS PGU厂家:上海丰宝电子、浙江视镜传感科技、FIC、MicroVision

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总结




1、AR HUD目前主流的成像方式就以上四种,但根据各厂商的需求不同,大家会选择某一方案重点研发。但不管怎么说,如要AR HUD产业规模性的扩大,量产成本是一个不得不考虑的方面。
 
2、就目前的显示效果来看,还有很大的提升地步。激光相较于LED色域广,成像性更好。在接下来的时间中,一旦激光光源的量产取得突破,AR HUD或许将迎来快速发展的又一节点。

本文根据网络信息及群友信息整理



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