DLP汽车抬头显示系统技术详解

德州仪器DLP投影技术是一项被广泛使用的成熟技术，用于多种显示应用，包括：手持投影机、会议室和数字影院。DLP技术可满足先进的HUD系统的需求。DLP电子系统可支持视频处理和格式化，满足需要图形和视频图像的未来HUD系统的需求。高动态范围LED控制系统的概念已被证明可提供在白昼和黑夜观看的条件。此外，借助基于DLP技术的光学设计实施，相关人员可更加灵活地解决未来汽车HUD系统的光学设计难题、外形规格限制以及热负荷管理等问题。

DLP电子系统概述

DLP汽车抬头显示系统的概念包含两个子系统，即利用DLP控制器芯片的视频处理和格式化子系统，以及利用Piccolo 微控制器(MCU)的LED控制系统。图1展示了一个典型的DLP抬头显示系统应用。

图 2. 连续调光模式

该系统还采用了断续模式反馈来生成少量脉冲光。 该技术可将动态范围扩展至超过5000:1的比例。图 3显示了断续模式光脉冲示例。

图5. 德州仪器概念系统的已测白点

图 7 – HUD光学设计概念

现有汽车HUD的图像源来自于LED阵列背光的LCD面板。 随着该行业不断朝着宽视野范围的抬头显示系统发展，有些技术局限是LCD技术很难解决的。DLP投影技术则提供了可能的替代HUD图像生成单元(PGU)。 随着抬头显示视野范围不断扩大，采用DLP技术作为HUD图像源的优势愈发明显。对于视野非常广的抬头显示系统，如增强现实显示所需的系统，DLP可能是唯一合理的解决方案，它能够提供将上述抬头显示系统部署在汽车内所需的亮度和设计灵活性。DLP支持光学设计的灵活性，适用于图像质量和机械布局。

光学设计灵活性

基于DLP的抬头显示系统将采用可进行优化的中间成像平面，使抬头显示镜面系统在机械方面适合汽车仪表盘。通过调整投影镜头的投影距离和重调焦距，可轻松调整中间画面大小。

HUD镜面光学设计受到各种光学和机械要求的限制， 这些限制主要包括宽视野、图像亮度、眼动范围(eyebox)大小和位置以及机械包络。而分辨率、图像朝向和图像失真等次要限制也同样重要，但其对光学时效产生的影响较小。很多限制相互矛盾，其中一个示例就是光学设计相对于视野范围宽度的机械紧凑性。最接近眼动范围的镜面尺寸如上图所示，完全由视野大小、眼动范围的位置和大小来确定。图8显示了终极抬头显示镜面尺寸与全视野(FFOV)的比较。

图 9 –分辨率与视野之比较

热负荷考量

DLP PGU系统在热负荷管理方面功能强大。基于DLP的PGU有3个独立的RGB LED光源，这些光源可在远离中间屏幕及相关阳光反射物的远程位置单独进行冷却。DMD本身可从LED中分离出来，允许单独对DMD进行热量管理。这对基于DLP的HUD引擎有重大优势，因此图像生成装置(DMD)与HUD中间成像屏幕和光源(LED)是热绝缘的。

HUD系统中的另一热源就是阳光直接照射图像生成装置所产生的辐射。阳光能进入HUD镜光学装置，并向下聚焦到成像器位置，从而大大增加局部的热量。 对于目前基于LCD的系统，冷却镜面通常用来帮助减少成像器上的太阳能总量。如果管理不善，成像器上聚焦的太阳能量可能成为LCD面板的隐患，会降低LCD成像器的性能。相反，基于DLP的PGU中间屏幕能够有效地为成像器和电子元件隔离太阳辐射。由于有漫射屏，所以几乎捕捉不到太阳辐射，也不会将太阳辐射反射回DMD。中间屏幕的漫射屏是被动光元件，它的设计能够承受高水平的太阳辐射，同时不降低性能。

DMD的性能在热负荷下非常强。例如，图像对比度不受DMD热量的影响。DMD能够在炎热或寒冷环境中保持其对比度。因此，基于DLP的PGU能够在HUD系统要求的使用条件下正常运行。

对于有大视野范围的HUD系统，DLP技术在性能、热管理和光学设计灵活性方面具有显而易见的独特优势。采用基于DLP的PGU光学设计人员能够创建任何大小的HUD显示源，从而更加自由地创建性能良好、适合仪表盘的HUD光学设计。此外，隔离热源使基于DMD PGU的HUD系统在严苛环境下能更加稳定地运行。宽视角和增强现实HUD系统可以得益于DLP投影所带来的优势。