AR HUD中阳光负载建模的重要性

作者：德州仪器Michael Firth

通过将关键驾驶信息叠加到真实世界中，增强现实(AR)抬头显示(HUD)将彻底改变驾驶体验。如今，AR显示的最佳示例是用于战斗机，可在飞行员的直接视线中置放大量关键信息。

在汽车环境中，图形直接置放于驾驶员视线内取代了基本警告音或符号，通过这种方式可以传达信息并识别驾驶员视野中的威胁，使其能够立即采取行动。图形表现为真实世界的自然保形延伸;它们不仅仅是现今HUD中的二次信息显示。

正如我之前在关于阳光负载的博客文章中所讨论的，太阳辐照度对AR HUD设计提出了重大挑战。与传统的HUD不同，AR HUD具有宽视场和长虚像距离，并且需要将车辆的传感器数据与HUD显示进行实时集成。长虚像距离(>7m)及较小程度上的较宽视场(至少水平10度角x垂直4度角)导致太阳能集中度显著提高，并在成像仪面板上发生相应的热升。为了防止太阳辐照度造成的热损伤，您必须仔细设计AR HUD并运行详细的阳光负载模拟以验证操作是否可靠。

在模拟阳光负载对AR HUD设计的影响时，需要考虑以下几点。

阳光负载模型的准确性

虽然看起来很明显，但我不能夸大模型元素中准确性的重要性。AR HUD阳光负载模拟需要精确的阳光光源模型(具有适当的角度、光谱和辐照度特性)，以及针对汽车中光学元件的精确光谱透射曲线，包括(但不限于)挡风玻璃、眩光陷阱和热/冷镜。

离轴太阳辐照度的影响

在日常驾驶条件下，当车辆转弯及上下坡时，各种角度的日照均会射入车内。因此，重要的是在适当的角度范围内扫描入射的太阳光，如图1所示。TI发现，在采用TI DLP®技术的AR HUD原型中，离轴峰值太阳辐照度比主光线水平差2.7倍，导致热负荷显著增加。模拟的峰值太阳辐照度如图2所示。如果您的系统设计无法处理最坏情况下的离轴太阳辐照度，那么您将面临因受损成像仪面板造成的不可接受的现场故障风险。

图 1：在一系列输入角中模拟太阳光

图 2：散射屏上的峰值辐照度作为输入阳光角度的函数。

太阳辐照度的热效应

模拟峰值太阳辐照度只是预测和避免热失效的第一步。太阳能根据其所射入材料的光谱吸收转换为热量。例如，在我们的测试中，如图3所示，由于阳光负载导致的薄膜晶体管(TFT)面板的温升比基于DLP技术的系统中所用的透射式微透镜阵列散射屏快6倍，从而使TFT面板更易受到太阳辐照度的损害。

在85°C的环境温度下，由于其低光谱吸收和高工作温度的特性，HUD系统中采用DLP技术的Kuraray散射屏可以承受高达82kW/m2的太阳辐照度。这种热性能使DLP技术能够支持AR HUD中的长虚像距离。

图 3：温升与太阳辐照度

AR HUD的设计挑战与当今HUD设计中的挑战有很大不同。AR HUD中的阳光负载明显较高，您必须运行详细的热模拟并考虑设计中的离轴太阳辐照度。有关阳光负载建模的更详细讨论，请参阅白皮书“DLP技术：加载在增强现实抬头显示系统中的太阳能。”