AR HUD - 乘载着更宽阔的视野 | 宇硕电子

2024/09/06

AR HUD - 乘载着更宽阔的视野

AR HUD的新思维

车用电子技术，随着各种科技议题不断的向前进，这其中也包含了HUD(Head Up Display)，从Windshield Reflection Type HUD、Combiner Type HUD到AR HUD。

AR HUD的出现，为车用电子的HUD领域，增添更多亮点。 HUD的中心主轴– 为驾驶显示车驾讯息，Windshield Reflection Type HUD的显示内容既传统又简单，Combiner Type HUD虽然略有改善，但显示范围受限许多，AR HUD比起前面两者，拥有更大的显示范围、更远的显示距离、更丰富的显示色彩、更突出的解析度，最重要的是AR HUD实现了扩增实境的效果(AR)，让HUD的中心主轴– 为驾驶显示车驾讯息，向上提升了一个维度。

AR HUD之前的HUD，显示的讯息可能包含了行驶速度、电瓶电压、水箱水温、引擎转速、汽车油耗…等，实质意义上为现有萤幕讯息的延伸萤幕，例如仪表板、车用主机导航，但是扩增实境的实现，除了原有的讯息更直观之外，更增添了AR HUD的专属讯息，例如：车道转弯路径、导航实体路径、前方车辆距离提示…等。

AR HUD的出现，也让人机互动提升了一个层次。 HUD的出现，是为了解决低头看仪表板所造成的安全问题，但随着车辆搭载着越来越多的车用电子科技，仪表板上的讯息量也爆炸般的提升，但HUD有限的显示范围，难以满足大多讯息的投射，即使满足了，过多讯息显示所造成的遮蔽，对于车驾的安全，也会造带来额外的疑虑。此时，AR HUD所带来的扩增实境，为车辆与外界提供了全新的互动窗口，让讯息显示从延伸到独特，提供了全新的人机互动思维。

AR HUD的宽阔视野

AR HUD能够实现扩增实境，很重要的因素，来自于AR HUD比起其他HUD，拥有着更宽阔的视野才得以实现，要达到该效能，就要从HUD的VID(Virtual Image Distance)和FOV（Field of Vision）这两个技术指标说起。

VID(Virtual Image Distance)，人眼到虚像的距离；FOV（Field of Vision），以人眼为出发点，虚像所能呈现的角度。

引述德州仪器的看法，上图中，红色为传统HUD的VID及FOV，可以看到比起AR HUD，不仅虚像距离近，虚像范围也窄了许多。

这造成了两个影响，首先，虚像距离近，不一定可以媒合驾驶的车驾视线，驾驶在开车时，看出去的距离，大部分都超过传统HUD的2.5公尺，但传统HUD的虚像距离约为2.5公尺，形成了驾驶阅读HUD上的讯息时，眼球需要变焦至较短的状态，也为车驾安全带来了额外的疑虑，时间长了也会增加眼睛的疲劳；其次，过窄的虚像范围，可以容纳的讯息量受限，也无法与周遭宽阔的实景进行互动，进行AR导航。

AR HUD的技术难题 – 重叠影像

因为光投射到挡风玻璃上的特性，HUD有着重叠影像的共同问题，这个问题降低了使用者体验，也容易让驾驶感到眼睛疲劳与头晕。

传统的Windshield Reflection Type HUD透过贴上一块黑色透明膜解决；Combiner Type HUD以有曲度的combiner，解决了重叠影像，缺点是虚像范围也受限于显示萤幕当中。

AR HUD透过挡风玻璃与VID这两种方式，解决重叠影像的问题：

挡风玻璃：
先来说明为何HUD的讯息投射到挡风玻璃上会有重叠影像，如下图左方可以看到，当HUD的虚像投射到挡风玻璃上，因为挡风玻璃有一定的厚度与弧度，光反射进去人眼时，就会产生两个重叠影像，导致虚像模糊等问题。

解决方式如下图右方，当改变挡风玻璃中间的PVB膜，就能有效的让光反射进人眼时集中在一起，让驾驶看到更清晰的虚像。

为了HUD特制的挡风玻璃，一般称之为楔形玻璃，虽然可以有效的解决重叠影像的问题，也拉高了不少成本。

VID：
当VID来到13M之后，因为虚像的距离够远，人眼几乎感受不到重影，因此不再需要楔形玻璃，节省了成本，但VID距离拉长，也会有虚像变形、解析度低的问题，需要在光路上做更多的应用才能解决，提高了技术的门槛。

AR HUD的技术难题 – 体积庞大

AR HUD要达到远距离的VID以及宽角度的FOV，在光路设计上，需要大幅地的调整，整体设计如下图，首先由light source with display产生影像，投入往fold mirror做第一次反射，之后在rotable mirror做第二次反射，接着光从glare trap中透出来，在挡风玻璃上进行第三次反射，最终进入驾驶人的眼睛当中。

因为AR HUD需要透过层层的光路反射设计，才能拥有优质的VID及FOV属性，因此AR HUD的体积也比Windshield Reflection Type HUD、Combiner Type HUD庞大许多。

AR HUD装置于仪表板前方，因为体积庞大，在导入车型时会受限许多，中大型车款较容易导入，不然针对装置区的零件，则需要特别的进行设计才有足够的空间，但如果装置区过于拥挤，对于散热又是一个难题。

虽然大部分的AR HUD因为光路设计都有体积庞大的技术难题，但新一代的AR HUD，透过光路设计可达到体积轻薄化。

(UniMax的Flat type AR HUD，体积小、低耗电、无需使用楔形玻璃。)

Flat type AR HUD，新一代的AR HUD，别于过往AR HUD光路多次的反射设计，Flat type AR HUD导入先进的MAVE技术，使外光路可藉由穿透、反射，如百叶窗方式进行成像，无需大面板也能投射宽幅影像，体积较AR HUD至少可以降低30%以上，可以轻松导入大部分的车辆，但新型AR HUD技术门槛高，拥有该技术的厂商十分的稀少。

AR HUD的跨领域结合

前面提过，AR HUD拥有更远的虚像距离与宽广的虚像范围，可以容纳更多的讯息，提供新层次的人机互动。拥有此特性的AR HUD互动范围，小至自身的身用电子周遭，大至联网其他合作厂商，AR HUD较其他HUD，有着建立自身生态圈的优势。

使用情境想像：
当AR HUD与BSD结合，当车辆要转弯而BSD侦测到旁边有车辆时，AR HUD可以在车道上模拟出车辆警示；当AR HUD联网与周遭结合时，当驾驶提出停车、用餐、观光导览等需求时，AR HUD可即时标示出相关位置，同时搭配语音说明。

当AR HUD拥有更广大的应用场景时，也将带给人们更丰富的车驾体验。