泉源：
2025.01.08
9
小序
在上一篇文章中，我们从HUD的起源、手艺原理等方面为各人简朴先容了HUD，想必各人已经对HUD有了一个起源的熟悉。各人一定有个疑问：云云受接待的HUD手艺，都是通过哪些元器件来实现图像的投影的呢 ？本期文章我们将为各人先容HUD中都有哪些要害的光学元器件，以及它们在HUD光学系统中所起到的作用。
手艺简介
之前已经为各人先容过HUD的两大概害部分：图像天生单位PGU(Picture Generation Unit)和光学投影单位。下面将从这两大部分入手，聊一聊每个部分都由哪些光学元器件所组成。
图像天生单位，包括光源、透镜、膜片等光学元件，可以天生高亮度的图像信息。现在应用于 PGU的手艺包括 TFT-LCD、DLP、LCOS等多种手艺。而凭证差别的PGU手艺，所应用到的光学元器件也有所差别。
基于TFT-LCD的图像天生单位
基于TFT-LCD的图像天生单位，主要由LED、光棒、菲涅尔透镜、扩散膜、TFT屏幕等光学元器件组成。
图1 TFT-LCD背光基本结构
LED又称发光二极管，具有寿命长、光效高、无辐射、低功耗、可以在低温下事情、可抗击攻击和振动、定向发光体积小等特点。LED一样平常需要思量光通量、光照度、发光强度、光效、显色指数、色温等指标，尤其关于色温而言，光源色温差别，光色也差别：色温在 3000K 以下有温暖的感受，抵达稳重的气氛；色温在3000K-5000K 为中心色温，有直率的感受；色温在 5000K 以上有冷的感受，而HUD一样平常要求色温在6500K以上。由于LED在事情历程中，仅有10%~40%的电能转换成光能，其余电能险些都转换成热能，使得LED温度升高，因此，需要接纳有用的热治理步伐来确保LED的稳固性和可靠性。因此，LED的选型对最终HUD的成像效果和显示的稳固性至关主要。
图2 LED芯片示意图
光棒是背光模组中主要的匀光器件之一。光棒是由4块梯形侧板依次毗连形成为一端启齿大于另一端启齿的空心棱台型结构件，启齿小的一端为入光端，与LED毗连，启齿大的一端为出光端，与TFT屏幕等组件毗连。其作用为对LED灯发出的光线举行汇聚和导向，在将光线缩短至光路设计需要角度内的同时使光扩散面积增大。光棒内外貌会镀一层高反射率的膜层，光线能够在结构内爆发多次反射，使光源出射的光线越发匀称和柔和。
图3 光棒示意图
菲涅尔透镜的作用是将LED发出的光和光棒反射的光进一步压缩及匀光，从而提高背光的光学效率。菲涅尔透镜多是由PC质料注压而成的薄片，镜片外貌一面为光面，另一面为由小到大的同心圆。相比于通俗的球面透镜，菲涅尔透镜具有体积更小、重量更轻，口径更大，且本钱比通俗的凸透镜低许多的优势。
图4 菲涅尔透镜示意图
扩散膜(Diffuser)，其作用是将光线打散，形成二次光源，消除LED影像，形成匀称照明。凭证光学设计原理和制造工艺，可将扩散膜分为两种类型，即涂布粒子型与微透镜阵列型。现在在LCD背光光源中应用较为普遍的是涂布粒子型扩散膜。它具有透光率高、雾度调理规模大、外观质量好、生产规模大、制品率高等优点，也是现在扩散膜的主要生产工艺。涂布粒子型扩散膜的扩散涂层是粒子疏散在胶层中，胶层黏附在聚酯薄膜外貌，巨细混配的粒子是扩散的主要介质。扩散粒子大都为球状，其功效类似于凸透镜，光线在经由这些粒子时被聚焦到一定的出射角度内，从而抵达增强出射灼烁度的功效。别的，扩散层中粒径巨细差别的粒子也包管了光线不会从扩散膜中直射出去，从而起到了雾化效果。
图5 扩散膜结构示意图
TFT-LCD即薄膜场效应晶体管，其原理就是LCD屏幕在背光照射下，通过每个像素点后的薄膜晶体管控制液晶分子的旋转，以调解光线的明暗。然后，通过RGB滤色片，这些光线被转化为富厚多彩的图像。现在用于HUD中的车规级TFT屏幕尺寸主要包括1.8英寸、3.1英寸、4.1英寸及5.1英寸这几种，屏幕尺寸越大，HUD所支持的视场角越大，区分率也越高，图像越清晰。
图6 TFT显示原理
基于DLP手艺的图像天生单位
以上先容的是TFT-LCD背光手艺中所用到的光学元器件，也是现在HUD中应用最普遍的一种手艺。除此之外，尚有基于DLP手艺的图像天生单位，其要害的元件为数字微镜芯片（DMD）。DMD芯片上集成了数百万个微型镜片，能准确控制光源发出的光线，并通过投影镜头在扩散片上形成图像。DLP手艺因其高区分率、高亮度和精彩的成像效果，深受豪华品牌车型的青睐。然而，其重大的光学结构和较高的设计本钱也限制了其普遍应用。
图7 DMD芯片示意图
图8 DLP手艺示意图
基于LCOS手艺的图像天生单位
另一种图像天外行艺为LCOS手艺，全称为Liquid Crystal On Silicon，即硅基液晶投影手艺，其要害的光学元器件为LCOS芯片。它用了一种特殊的CMOS集成电路芯片，芯片上涂有液晶硅。通过使用液晶的光学特征和硅芯片的电学特征，LCOS能够准确控制光的撒播偏向和强度，从而天生清晰、生动的图像。LCOS手艺的优势在于高区分率、更广的色域和精彩的比照度。
图10 LCOS原理图
