DLP汽車抬頭顯示系統(tǒng)技術(shù)詳解

德州儀器DLP投影技術(shù)是一項被廣泛使用的成熟技術(shù)，用于多種顯示應(yīng)用，包括：手持投影機(jī)、會議室和數(shù)字影院。DLP技術(shù)可滿足先進(jìn)的HUD系統(tǒng)的需求。DLP電子系統(tǒng)可支持視頻處理和格式化，滿足需要圖形和視頻圖像的未來HUD系統(tǒng)的需求。高動態(tài)范圍LED控制系統(tǒng)的概念已被證明可提供在白晝和黑夜觀看的條件。此外，借助基于DLP技術(shù)的光學(xué)設(shè)計實(shí)施，相關(guān)人員可更加靈活地解決未來汽車HUD系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計難題、外形規(guī)格限制以及熱負(fù)荷管理等問題。

DLP電子系統(tǒng)概述

DLP汽車抬頭顯示系統(tǒng)的概念包含兩個子系統(tǒng)，即利用DLP控制器芯片的視頻處理和格式化子系統(tǒng)，以及利用Piccolo 微控制器(MCU)的LED控制系統(tǒng)。圖1展示了一個典型的DLP抬頭顯示系統(tǒng)應(yīng)用。

圖 2. 連續(xù)調(diào)光模式

該系統(tǒng)還采用了斷續(xù)模式反饋來生成少量脈沖光。 該技術(shù)可將動態(tài)范圍擴(kuò)展至超過5000:1的比例。圖 3顯示了斷續(xù)模式光脈沖示例。

圖5. 德州儀器概念系統(tǒng)的已測白點(diǎn)

圖 7 – HUD光學(xué)設(shè)計概念

現(xiàn)有汽車HUD的圖像源來自于LED陣列背光的LCD面板。 隨著該行業(yè)不斷朝著寬視野范圍的抬頭顯示系統(tǒng)發(fā)展，有些技術(shù)局限是LCD技術(shù)很難解決的。DLP投影技術(shù)則提供了可能的替代HUD圖像生成單元(PGU)。 隨著抬頭顯示視野范圍不斷擴(kuò)大，采用DLP技術(shù)作為HUD圖像源的優(yōu)勢愈發(fā)明顯。對于視野非常廣的抬頭顯示系統(tǒng)，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示所需的系統(tǒng)，DLP可能是唯一合理的解決方案，它能夠提供將上述抬頭顯示系統(tǒng)部署在汽車內(nèi)所需的亮度和設(shè)計靈活性。DLP支持光學(xué)設(shè)計的靈活性，適用于圖像質(zhì)量和機(jī)械布局。

光學(xué)設(shè)計靈活性

基于DLP的抬頭顯示系統(tǒng)將采用可進(jìn)行優(yōu)化的中間成像平面，使抬頭顯示鏡面系統(tǒng)在機(jī)械方面適合汽車儀表盤。通過調(diào)整投影鏡頭的投影距離和重調(diào)焦距，可輕松調(diào)整中間畫面大小。

HUD鏡面光學(xué)設(shè)計受到各種光學(xué)和機(jī)械要求的限制， 這些限制主要包括寬視野、圖像亮度、眼動范圍(eyebox)大小和位置以及機(jī)械包絡(luò)。而分辨率、圖像朝向和圖像失真等次要限制也同樣重要，但其對光學(xué)時效產(chǎn)生的影響較小。很多限制相互矛盾，其中一個示例就是光學(xué)設(shè)計相對于視野范圍寬度的機(jī)械緊湊性。最接近眼動范圍的鏡面尺寸如上圖所示，完全由視野大小、眼動范圍的位置和大小來確定。圖8顯示了終極抬頭顯示鏡面尺寸與全視野(FFOV)的比較。

圖 9 –分辨率與視野之比較

熱負(fù)荷考量

DLP PGU系統(tǒng)在熱負(fù)荷管理方面功能強(qiáng)大?；贒LP的PGU有3個獨(dú)立的RGB LED光源，這些光源可在遠(yuǎn)離中間屏幕及相關(guān)陽光反射物的遠(yuǎn)程位置單獨(dú)進(jìn)行冷卻。DMD本身可從LED中分離出來，允許單獨(dú)對DMD進(jìn)行熱量管理。這對基于DLP的HUD引擎有重大優(yōu)勢，因此圖像生成裝置(DMD)與HUD中間成像屏幕和光源(LED)是熱絕緣的。

HUD系統(tǒng)中的另一熱源就是陽光直接照射圖像生成裝置所產(chǎn)生的輻射。陽光能進(jìn)入HUD鏡光學(xué)裝置，并向下聚焦到成像器位置，從而大大增加局部的熱量。 對于目前基于LCD的系統(tǒng)，冷卻鏡面通常用來幫助減少成像器上的太陽能總量。如果管理不善，成像器上聚焦的太陽能量可能成為LCD面板的隱患，會降低LCD成像器的性能。相反，基于DLP的PGU中間屏幕能夠有效地為成像器和電子元件隔離太陽輻射。由于有漫射屏，所以幾乎捕捉不到太陽輻射，也不會將太陽輻射反射回DMD。中間屏幕的漫射屏是被動光元件，它的設(shè)計能夠承受高水平的太陽輻射，同時不降低性能。

DMD的性能在熱負(fù)荷下非常強(qiáng)。例如，圖像對比度不受DMD熱量的影響。DMD能夠在炎熱或寒冷環(huán)境中保持其對比度。因此，基于DLP的PGU能夠在HUD系統(tǒng)要求的使用條件下正常運(yùn)行。

對于有大視野范圍的HUD系統(tǒng)，DLP技術(shù)在性能、熱管理和光學(xué)設(shè)計靈活性方面具有顯而易見的獨(dú)特優(yōu)勢。采用基于DLP的PGU光學(xué)設(shè)計人員能夠創(chuàng)建任何大小的HUD顯示源，從而更加自由地創(chuàng)建性能良好、適合儀表盤的HUD光學(xué)設(shè)計。此外，隔離熱源使基于DMD PGU的HUD系統(tǒng)在嚴(yán)苛環(huán)境下能更加穩(wěn)定地運(yùn)行。寬視角和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)HUD系統(tǒng)可以得益于DLP投影所帶來的優(yōu)勢。