汽車HUD（Head-up Display）的技術難點

汽車HUD（Head-up Display）的技術難點

首先解析一下HUD是什麼原理吧。其實就是把車的前擋風玻璃當成反射鏡，在駕駛員人眼前投射一個儀表盤的虛像。影象本身來自下方的電子發光屏，發出儀表盤的圖形。

HUD顯示的車輛資訊內容有行車速度、自適應巡航功能、變道輔助功能、導航功能、夜視系統開啟標示、疲勞提醒等功能（視車型配置）。

大概是這麼個結構：

光學系統放大點，大概長這樣：

技術難點：

一、擋風玻璃的形狀

車前擋風玻璃是個自由曲面，即沒有任何對稱性。一般的光學設計都會盡量要求旋轉對稱，否則成像可能會發生各種扭曲。回憶一下照哈哈鏡的體驗，彎曲的鏡面會帶來成像的各種扭曲，效果讓人捧腹。但是在HUD系統中，如果下方發光屏發出的影象是正常無扭曲的，那麼由於自由曲面擋風玻璃的緣故，到人眼裡看到的影象就會有畸變。

解決方案？可以透過讓系統中其它的反射鏡也做成自由曲面，並最終抵消掉擋風玻璃帶來的畸變。或者在發光屏放出來的影象本身經過一定的畸變處理，使得最終效果無畸變。

好在，擋風玻璃的扭曲程度一般不大，帶來的影象畸變程度有限。有的設計廠家直接就忽略掉這點，倒也不會帶來太災難性的後果。也有另一種HUD的流派，不是用擋風玻璃作為反光屏，而是它自帶反光板，這個反光板的形狀就可以選取地更方便設計了，一般球面就好。這個叫做後裝HUD，設計難度上會小很多。

二、重影

HUD設計中，擋風玻璃作為反光面。但是擋風玻璃有前後2個面啊！影象在前後2個面的反射都會進入人眼，如果不進行消除，就會是重影。就像下圖所示：

解決方案？可以有多種不同的辦法。在此介紹BMW公司HUD的對於重影的解決辦法：在擋風玻璃內側貼一層楔形塑膠，即不同位置厚薄不同。這個楔形傾斜度，剛好可以把2次反射的光線聚成同一路。光路說明如下：

三、亮度

之前一直說把擋風玻璃當做反光面使用。但是它畢竟是塊透明玻璃啊，能夠反射回來的光只佔總強度的百分之幾，絕大部分光還是直接透出去的。黑夜裡，由於車外光線弱，這些反射回來的光也夠用了，但是白天，環境光很強，幾乎是很難看見這個反射光的。

解決方案無非是HUD亮度可調，或者在擋風玻璃上貼膜增加反射。但是都不夠理想。可以說至今還沒有哪一款HUD在陽光好的白天能夠達到理想的使用狀態的。

四、人眼位置

駕駛員的腦袋不可能一直不動吧，所以HUD設計的時候要保證在一個較大的範圍內都能看到清晰無畸變的影象。而且不同的駕駛者習慣的目視位置也不同。

解決方案？得做2點。首先HUD本身可視範圍要大，光學設計專業術語叫eyebox要大，這點已經對光學設計方面有一定挑戰了。其次HUD得有一定的位置調節能力，可以按照不同駕駛員的身高、坐姿等進行調節，一般透過移動旋轉鏡片來達成。

五．色度，燈廠對於色度有非常嚴格的要求。

led本身發光符合一個規定的色度範圍並不難，但是在不同的工況下，主要是溫度，機械結構等，能保證這色度在變態的耐久測試下都在規定範圍就非常難。舉個簡單的例子，led並不是直接照射在螢幕上面了，背光，或者主螢幕的光很多時候是需要一個光導，或者塑膠透鏡的，眾所周知，塑膠這東西就是個熱脹冷縮效應非常挑剔的東西，稍微多出個2%都有可能讓整個投射效果一塌糊塗。再及，注塑本身也是需要“老司機”熟識各種注塑引數細節，才能製造出透亮的塑膠光導。

六．HUD的兩面反射鏡。

一面曲率穩定沒有瑕疵，起泡的大反射鏡對於很多人來說就是看著好看。但是光學相關行業的人都知道，怎樣使得鍍層厚度均勻，怎樣不發彩。還有對於各類色差的處理，場區色散，說來簡單，其實背後的工藝積累並非一朝一夕。

七．最後一面鏡子。

也許大家都用過高德在手機上所謂的HUD功能，開啟手機往螢幕下面一放，就有個模模糊糊的影子投在眼前的風擋上了。

八．鬼影

可是，模模糊糊怎麼能是我大燈廠豪華車追求的效果？

模模糊糊的鬼影效果又該怎麼處理掉？

這裡補充一點背景知識，大部分的風擋都是雙層的，光照射到平行的雙層玻璃上以後會產生兩次反射，反射出來的光會產生兩個虛焦點，也因此我們會觀察到兩個虛像，所謂鬼影。

為了解決這個問題，需要特質成特殊角度的前擋風玻璃，讓兩個虛焦點可以合併成一個已解決問題。

這些涉及到角度的計算，粘合工藝，HUD的投射位置，範圍， 角度。

總之，HUD看上去技術上難點並不多，更多的考驗的是工藝，然而工藝的完善就是精益求精的結果。