視場角、成像距離、光路設計，AR-HUD的量產命門

HUD從一開始並不是為汽車而生的，它是一種飛行輔助器用來增強飛行安全，讓飛行員不用低頭就能看到他需要的信息。

後來人們發現HUD如果應用在汽車上，對駕駛員也同樣可以起到主動安全的作用，繼而催生出最初的C-HUD、W-HUD和現在的AR-HUD。

AR-HUD是AR增強現實技術和HUD抬頭顯示相結合的一種新型的車用HUD，與C-HUD和W-HUD最大的不同之處在於，AR-HUD擁有更大的視場角和更遠的成像距離，而這兩點也正好是影響用戶體驗的關鍵因素。

此外，增強現實技術可以直接將顯示效果疊加到現實路面。無論是從產品本身的特性還是功能，AR-HUD都是前兩者的集大成者並且對其部分重要環節進行放大和優化，同時這也預示了未來HUD發展的一個趨勢。

AR-HUD看似風頭正火，但受制於技術、市場、用戶體驗等多方面的原因，事實上產品落地遠不及想的那麼容易。

對於用戶而言，決定會不會使用AR-HUD主要取決於它能帶給自己的體驗效果有多好，這直接影響到廠商是否可以將產品大規模推向市場。做出一台讓用戶滿意的AR-HUD，需要綜合考量多方面的因素，在這其中視場角、成像距離、光路設計等成為重中之重。

更大的視場角和更遠的成像距離

視場角的大小決定了光學儀器的視場範圍，視場角越大，視野就越大。傳統的W-HUD的視場角一般在5°-6°，而AR-HUD的視場角則都大於等於10°。

從理論上來講，廠商都希望把視場角做的稍大一些，但真正去落實的時候，卻受到了諸多限制。最明顯的問題就是體積該如何控制？

視場角越大意味著需要足夠大的反射板和光路設計，這也是造成AR-HUD體積居高不下的主要原因，汽車需要有足夠的空間裝得下這個設備，尤其是對於前裝AR-HUD顯得更為重要。

大陸集團在2014年研發的AR-HUD或許可以給我們一些啟發，它有兩個不同的視場角和成像面，稱為近投影或狀態投影面，和遠投影或增強投影面。

近投影的視場角為5°X1°，成像距離為2.4米，主要顯示駕駛員所選擇的狀態信息， 如速度、限速以及一些ADAS功能，而遠投影的的視場角為10°X4.8°，成像距離可以達到7.5米，增強現實的標識會直接顯示在路面上，該款AR-HUD的體積達13升。

成像距離是影響AR-HUD體驗效果的另一個重要因素，同樣，它和體積也有緊密的關係。疆程科技在高工智能汽車開發者大會上提到，當AR-HUD的成像距離超過20米，體積達到了9L，如果是在7-10米的範圍，體積可以控制在7L左右。

所以如何在提高視場角和成像距離的基礎上又能將體積控制在較小的範圍，成為考驗廠商研發能力的一道技術難關。

不過，AR-HUD屬於定製化生產，廠商要考慮主機廠方面的需求，包括主機廠需要多大的視場角和多遠的成像距離然後針對不同車型進行設計。

除了需要考慮對體積的影響，成像距離還需要符合用戶在行駛過程中焦點的遠近調節，太遠或太近的距離都不是一個最合適距離範圍。目前，業內的AR-HUD的成像距離基本可以達到5米-20米的範圍。

關於成像距離我們會有一個疑惑是不是越遠越好？相關業內人士給出的回答是需要結合當下的行駛環境。

用戶在駕駛過程中會遇到各種駕駛場景，如複雜擁擠的城市道路、高速路、九曲十八彎的山路等等，不同場景下需求是不同的。在高速路行駛時，AR-HUD的成像距離遠一些效果更好，城市道路上可以稍近一些，還有一些特殊的情況像是轉彎也需要考慮合適的成像距離。

成像方案、重影和畸變

成像方案的選擇同樣也直接影響HUD的顯示效果，目前車用量產的HUD幾乎都採用的是TFT液晶屏成像，它的優勢在於技術已經很成熟，成本較低，但缺陷也很明顯，TFT的本質是透過背光照明，液晶擋住了大部分光，所以造成顯示亮度不夠，而且耗能高發熱嚴重。

與TFT相對應的另一種DLP數字光處理方案成為現在HUD，特別是AR-HUD的首選方案。DLP可以看做是一種反光鏡，主要通過數字微晶片來實現數字光處理過程，所以它的像素容易擴展、解析度更高、亮度和飽和度也比TFT更好，耗能較低。

AR-HUD想要實現更大的視場角和更遠的成像距離，需要成像儀發出大量的光，放大系統倍數。同時，HUD又正好在中控台附近，距離發動機較近，這樣設計造成的問題就是HUD成像儀面板的一小塊區域會負荷大熱量而引發安全隱患。

所以在高溫穩定性上，DLP也比TFT具有更高的耐熱性，它可以達到105°，而TFT只能做到95°。

不過，DLP方案的光學成像單元需要較多的光學零件，TFT只需要簡單的背光和面板，並且DLP的成像解析度更高，所以在光路上DLP需要兩塊自由曲面鏡，提高了成本，加大了鏡面工藝製作難度。

這也是讓多數廠商對DLP方案猶豫不決的主要原因。

此外，汽車的前擋風玻璃並不是平面的，而是帶有弧度的曲面玻璃，不同位置的曲面變形程度都不同，圖像在經過曲面玻璃的反射，最終形成的虛像也會發生不同的形變，這種形變稱之為「畸變」。

畸變後的圖像會直接影響用戶的使用。針對這個問題，目前採用的方法是通過特殊的鏡片製作工藝打磨鏡片，或者是使用軟體演算法來解決，無論是通過演算法還是打磨鏡面都有著極高的技術要求。

畫面重影現象一直都是HUD研發中不可忽略的一個問題，由於其擋風玻璃本身的特性無法滿足HUD成像需求，導致畫面不清晰。

所以HUD系統需要特殊的擋風玻璃，即HUD玻璃，讓圖像可以更精準清晰的呈現。HUD玻璃中間夾了一層楔形金屬箔，使得光線在經過兩個反射面後彙集成一條光路，從而避免了重影問題。

駕駛員在行駛過程中必須要保證自己能夠看清整個顯示圖像，但每個人的身高不同，在行駛過程中頭部也會發生偏移，如何確保用戶在小幅度移動頭部的情況下也能看清前方的整個投影屏幕，這部分就非常考驗廠家對眼盒的設計。

比較好的方案是給AR-HUD系統加一個眼部追蹤和圖像位置實時自動調節的功能，不過，這也是目前技術上的一個難點，廠商更多是選擇儘可能把眼盒做大或是在產品端微調。

AR-HUD研發中最重要也是現階段比較難以攻克的就是光學設計，以DLP方案為例，想要畫面呈現出來是清晰穩定的，廠商首先需要考慮光機的質量，投影圖像要清晰、解析度高、均勻度好。

其次，反射鏡面的精確度達到一定標準，而這方面對工藝有很高的要求。

最後就是在結構上做好光路設計，避免諸如重影、光斑之類的情況出現。

量產之路雖然困難重重，但目前國內已經有一些廠商公布了他們AR-HUD量產計劃，如疆程科技憑藉其小體積、較遠的成像距離和更大的視場角的技術優勢，預計在2020年實現量產。

未來兩到三年，AR-HUD將會面臨量產的爆發期，屆時，我們或許可以期待看到更加具有突破性的量產落地產品。

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