随着HUD技术的发展,能以图像将虚拟信息与道路实景结合的增强现实型AR-HUD备受车厂青睐。伴随技术成熟和成本下降,HUD已经开始渗透低价位车型,未来将成为智能汽车的“标配”。如,2023年3月初亮相的长安深蓝S7,售价16.99万元起,取消仪表盘,由53英寸的AR-HUD全息式增强现实系统代替, 蓝狮登陆其AR-HUD供应商为水晶光电。
AR-HUD产业链包含图像生成单元(PGU)、光学镜面、玻璃、软件等零部件供应商。其中图像生成单元作为上游最核心板块,占据HUD总成本的50%,其次是光学镜面,占比20%。当PGU和光学镜面两大组件成本下降后,意味着AR-HUD整体的成本下降,将会极大地促进AR-HUD的落地进程,故近年来这两大组件的新技术发展较为迅速。
PGU用以产生图形、控制亮度。目前AR HUD最为成熟的PGU技术路径是DLP技术,但成本较高,且专利掌握在德州仪器手里,供应商单一。而国内供应商主要基于LCoS和LBS等新兴投影技术进行深入研究,意在抢占先机,弯道超车。
LCoS技术——利用LCoS面板来调变由光源发射出来投影至屏幕的光信号,但发射出来的光并不会穿透LCoS面板,属于反射式。优势:1、光利用效率高,可达40%以上;2、分辨率高,能够做4k甚至8k的线、工艺成熟后,成本低。
2021年9月华为发布AR-HUD 产品,2023年4月华为发布HUAWEI xHUD AR-HUD,均采用LCoS投影技术。其核心优势为小体积、大画幅。HUAWEI xHUD AR-HUD在7.5米处可显示70英寸画面,10米处可显示96英寸的画面,该产品可以支持智驾可视、车道级导航、倒车影像、数字精灵、巨幕观影等应用。
LBS技术——是激光扫描投影,以激光作为光源,通过 MEMS 微振镜形成投影。其优势在于:1、光学引擎大幅简化,体积小;2、对比度高,可以轻松达到7000:1;3、亮度高,色域广(150%);4、功耗低(4-6W),发热量很小。但由于激光二极管对温度较敏感,不能达到85℃的工作要求等原因,LBS尚未成熟应用。
龙马璞芯成立于2021年,是国内专注于MEMS芯片和激光扫描微型显示模组研制与产业化应用的企业,针对AR-HUD,目前已开发出完整的基于LBS的解决方案LM-PGU-1000提供给合作伙伴,主要合作伙伴有舜宇光学、欧菲光、安波福等。LM-PGU-1000特点为:
AR HUD安装体积过大、成本过高是行业目前的痛点所在。而波导技术(Waveguide)可以去掉传统HUD内部的机械光学机构,省略掉三重反射中的前两重,直接将光源信息投射到风挡玻璃之上。其占用体积可以是传统机械方案的1/10。此外,光波导方案透光度高、 视场角大、 显示效果好。
光波导技术分为几何光波导和衍射光波导,其中衍射光波导技术是AR-HUD发展的主要方向,其被分为表面浮雕光栅波导和体全息光栅波导。
表面浮雕光栅波导因在AR近眼显示设备领域大面积应用,技术成熟度高,且具有轻薄、视场角大、眼动范围大等优势,目前是AR-HUD光波导的主流方案,如苏大维格、至格科技等厂商均在布局。
苏大维格是一家以自主研发三维光刻设备为核心驱动力,面向信息光子和新型显示领域,进行光电子材料器件研究和产业化的股份制民营企业。2021年6月发布用于AR-HUD的大幅面光波导模组,具备超薄、大视场、远虚像视距的显示效果,基于自主研制的微纳光刻设备和平台,该模组能够在 20cm x 20cm 的波导表面加工约 2x1011 个纳米单元,能够实现大于15米的投影距离。目前, 该模组已用于AR-HUD并搭载在华为智能驾驶系统上。
体全息光栅波导可以把传统几何光学AR-HUD体积缩小到五分之一到十分之一,反射镜型AR-HUD有22升的体积,而全息光波导只有2.4升;主要成像模块还可以标准化,量产成本低,潜力巨大。但制作工艺复杂,目前具备量产能力的厂商较少,且相应的AR-HUD产品基本在2023年才开始落地。
三极光电2019年开始布局体全息衍射光波导技术,2021年6月与北汽、TCL华星光电协力推进全息光波导AR-HUD,2022年1月建成规模化全息衍射光学器件生产线,具备年产百万级片全息衍射元件的能力,可为汽车行业厂商提供大面积AR-HUD全息光波导产品。
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