HUD抗干擾太陽光模擬器

光斑面積：10-80cm

光強(qiáng)：1200w/m2

光譜覆蓋波長：可見光或可見-紅外

照射距離：50-400cm

光強(qiáng)可調(diào)節(jié)范圍：50%-100%可調(diào)

HUD抗干擾太陽光模擬器

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增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）抬頭顯示器（HUD）通過將關(guān)鍵駕駛信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界中，將*底改變駕駛體驗(yàn)。當(dāng)今AR顯示器的最佳例子是在戰(zhàn)斗機(jī)中，它將大量關(guān)鍵信息置于飛行員的直接視線中。

在汽車環(huán)境中，直接放置在駕駛員視線中的圖形不會(huì)發(fā)出基本的警告音或符號(hào)，而是傳達(dá)信息并識(shí)別其視野中的威脅，使他們能夠立即采取行動(dòng)。圖形顯示為現(xiàn)實(shí)世界的自然保形延伸;它們不僅僅是當(dāng)今HUD中信息的輔助顯示。

太陽輻照度對(duì)AR HUD設(shè)計(jì)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的HUD不同，AR HUD具有非常寬的視野和較長的虛擬圖像距離，并且需要將車輛的傳感器數(shù)據(jù)與HUD顯示器實(shí)時(shí)集成。較長的虛擬圖像距離（>7m）和較小程度的更寬視場（水平方向至少10度角，垂直角度至少4度）導(dǎo)致太陽能的濃度顯著增加，并且成像器面板上的相應(yīng)熱量上升。為了防止太陽輻照度造成的熱損傷，必須仔細(xì)設(shè)計(jì)AR HUD并運(yùn)行詳細(xì)的太陽光負(fù)荷模擬以驗(yàn)證可靠運(yùn)行。

以下是對(duì)太陽光負(fù)荷對(duì)AR HUD設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行建模時(shí)需要考慮的幾點(diǎn)。

太陽光負(fù)荷模型的準(zhǔn)確性

AR HUD太陽負(fù)荷仿真需要具有適當(dāng)角度、光譜和輻照度特性的精確太陽光源模型，以及汽車中光學(xué)元件（包括（但不限于）擋風(fēng)玻璃、眩光陷阱和熱/冷鏡）的精確光譜透射曲線。

離軸太陽輻照度的影響

在日常駕駛條件下，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎和上下坡時(shí)，各種陽光角度會(huì)進(jìn)入汽車。因此，在適當(dāng)?shù)慕嵌确秶鷥?nèi)掃描入射的太陽光非常重要，如圖1所示。TI 發(fā)現(xiàn)，在采用 TI DLP技術(shù)的 AR HUD 原型中，離軸峰值太陽輻照度比主射線水平差2.7倍，從而導(dǎo)致熱負(fù)荷明顯增加。模擬的峰值太陽輻照度如圖2所示。如果您沒有將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為處理最壞情況下的離軸太陽輻照度，則存在因成像儀面板損壞而導(dǎo)致不可接受的現(xiàn)場故障的風(fēng)險(xiǎn)。

圖 1：在一系列輸入角度上模擬太陽光

圖 2：擴(kuò)散器屏幕上的峰值輻照度與輸入太陽光角度的函數(shù)關(guān)系

太陽輻照度的熱效應(yīng)

模擬太陽光輻照度峰值只是預(yù)測(cè)和避免熱故障的第一步。太陽光根據(jù)其落在的材料的光譜吸收轉(zhuǎn)化為熱量。例如，在我們的測(cè)試中，如圖3所示，薄膜晶體管（TFT）面板由于太陽光負(fù)載而增加的溫升比基于DLP技術(shù)的系統(tǒng)中使用的透射式微透鏡陣列擴(kuò)散器屏幕快6倍，使TFT面板更容易受到太陽輻照度的損壞。

在85°C的環(huán)境溫度下，采用DLP技術(shù)的HUD系統(tǒng)中的可樂麗擴(kuò)散器屏幕可以承受高達(dá)82kW/m2的功率太陽輻照度，由于其低光譜吸收和高工作溫度。這種熱性能使DLP技術(shù)能夠支持AR HUD中的長虛擬圖像距離。

圖3：溫升與太陽輻照度的關(guān)系

AR HUD的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)與當(dāng)今HUD的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)明顯不同。AR HUD 中的太陽負(fù)荷明顯更高，必須運(yùn)行詳細(xì)的熱仿真，并在設(shè)計(jì)中考慮離軸太陽輻照度。