作者/ Jack Yee Intersil公司
摘要：本文介绍了轿车HUD体系中的液晶显现器(LCD)、数字光处理(DLP)HUD以及激光扫描MEMS投影体系，经过比较，激光扫描MEMS投影体系比依据帧的DLP 或LCD显现体系更适用于轿车增强实际HUD。
轿车昂首显现体系(HUD)现已成为许多豪华型轿车的标配或可选设备。HUD是越来越完善的成套高档驾驭辅佐体系(ADAS)的重要组成部分，它们协助驾驭员将留意力集中于前方路途，而不必垂头看外表盘。研讨标明，驾驭员视界脱离路面超越两秒钟，发生磕碰事端的风险就会添加一倍。
轿车HUD将行进速度、正告信号和指示箭头直接显现在坐落驾驭员视界中的挡风玻璃上。一种最新的HUD运用激光二极管驱动器对高强度红、绿和蓝(RGB)激光器施以脉冲，将高清(HD)视频投射在挡风玻璃上(见图1)。这些增强实际HUD将通明箭头直接“画”在轿车前方街道上，五颜六色转向信号和导航方向能够供给更直观的引导效果。它们还会高亮显现其他物体——如或许带来风险的行人或车辆，引起驾驭员的留意。
激光扫描MEMS投影与LCD、DLP的比较
LCD面板是现在轿车HUD体系中最常用的技能，它选用透射式显现技能和LED背光源，在光穿过期，照亮整个图画。被照亮的图画扩大后被折叠镜反射，并显现在驾驭员视界前的挡风玻璃上。
LCD HUD的暗像素是经过阻断背光而发生的，这使LCD对这些像素具有更低的透射性。可是，光不能彻底被阻挠，特别是在低环境光布景中。其成果便是投射图画叠加在挡风玻璃上，看上去像一张明信片巨细的通明矩形(见图2)。轿车制造商视此为一个严峻安全缺点，因为发光的矩形会让驾驭员涣散留意力。
DLP与LCD相似，但分辨率更佳。DLP稀有千个以二维(2D)阵列摆放的微镜，2D阵列中的每个微镜充任一个像素，调制每个微镜以反射入射光，从而发生所需的像素亮度。亮度为100%的像素具有零调制，而暗像素具有镜像集，以便将光反射到成像途径之外。为供给共同的成像成果，集合入射光源并将其聚集到2D微镜阵列上，使每个像素具有相同的亮度。然后扩大被反射的图画，将其从头聚集并投射到折叠镜，然后投射到挡风玻璃上，这个进程相似于LCD HUD完成。
DLP是一个矩形面板，需求平整的水平外表来投射信息。挡风玻璃在笔直方向上相对较为平整，但在水平方向上不平整。因而，为使DLP将信息投射到挡风玻璃上，规划工程师有必要运用非球面光学元件来习惯挡风玻璃的曲面，这会添加HUD体系的尺度。
与DLP体系比较，激光扫描MEMS投影体系运用扫描镜的变形图画，答应运用本钱更低的光学元件来下降体系的光电机械本钱。激光扫描MEMS体系的首要元件是激光二极管驱动器、激光二极管、一些小尺度的光束成形/对准光学元件，以及MEMS扫描振镜及其操控电子元件。RGB五颜六色激光二极管在扫描镜扫过显现区域时同步施以脉冲。然后，图画被逐像素投射于挡风玻璃上的显现区域。
在激光扫描MEMS投影仪中，十分迅速地对每个像素施以脉冲，以发生全高清分辨率。一起，因为激光束始终是聚集的，所以不需求从头对焦的光学元件就能将图画投射到挡风玻璃上。这大大下降了全体光学体系复杂性和尺度，并且不必再运用高本钱的光学元件和组件。
激光扫描MEMS投影体系供给比依据帧的LCD或DLP投影体系更超卓的电功率。与呈现内容充溢整个显现屏的前投式投影仪不同，轿车HUD的导航和外表信息并不充溢整个HUD显现区域。HUD只将时效性强的信息显现在挡风玻璃上，且仅继续很短时刻。增强实际信息由一个能够使超越70%的显现像素处于“off”状况的图画构成。图3A 和3B中的方框显现了典型的HUD 显现区域，投影体系须在此区域呈现导航信息。请留意，每个比如中处于“on”状况的像素数量和处于“off”状况的像素数量是相对的。依据显现信息的不同，该比率(ON:OFF像素)的范围在1:3至1:6之间。
例如，在依据帧的DLP显现技能中，不管有多少像素处于“on”状况，光源都有必要充溢整个像素阵列。在图3A中，在方框显现区域中发生了“暗”光或“未敞开像素”的光，然后经过反射到视界区域之外或进行阻挠来消除它。这一能量耗费阻碍了HUD 体系功率的提高。更糟糕的是，该能量损耗添加了因为吸收改变方向的光而发生的热量，并提高了开始用于发生光的电能本钱。这两个要素终究添加了依据帧的热冷却需求和电能需求。
激光扫描MEMS HUD仅在需求投射相关像素时才会耗费电能。关于图3A和3B中显现的典型导航和外表信息，大多数电能是在需求向显现器输出像素时耗费的。这大幅下降了电力需求，完成更低的热曲线和更少的散热。并且，因为激光扫描MEMS HUD集成了驱动器电子元件，其投射占位面积小于依据帧的HUD体系。
激光二极管驱动器助力完成下一代HUD
下一代HUD体系能够运用ISL78365四通道激光二极管驱动器，向轿车挡风玻璃投射增强实际视频信息。如图4所示，该激光驱动器包含一个与MEMS AS%&&&&&%集成的接口，以创立紧凑的激光扫描投影体系。
ISL78365具有四个高速750mA可编程电流吸收器，用于调理最多四个激光二极管的电流和光输出。它供给1.5纳秒上升和下降时刻，可发生高帧率的高清五颜六色视频，如图5所示。该激光驱动器为每个电流吸收器供给独立的色彩、阈值和缩放设置，其灵敏的高速并行视频接口支撑全高清投影和高达150MHz或每行1900像素的像素率。别的，它还包含像素数据复用功用，以简化光机-电子布局要求。
针对每个激光二极管电源的动态电源办理和三种省电形式，进一步下降了消隐时刻内的总体系功耗。激光驱动器的可编程归零脉冲功用，可消除所显现图画的斑驳，可编程过温维护功用则支撑自定义热功能。
定论
激光扫描MEMS投影体系比依据帧的DLP 或LCD显现体系更适用于轿车增强实际HUD。激光HUD扫描图画只需求其25%～30%像素处于“on”状况，而DLP和LCD HUD需求驱动其100%的图画像素才干发生相同的亮度。DLP和LCD体系会糟蹋显现黑色像素所需的光和电能，这会导致应当是黑色像素的区域呈现弱小的亮点。在白日的阳光下，这个包络或许不是问题，但在夜晚，它会变得很明显。从驾驭员安全视点来看，这又是一个涣散驾驭员留意力的要素，从而使天平朝着有利于鄙人一代昂首显现体系中选用激光扫描MEMS投影体系的轿车制造商歪斜。
本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第10期第24页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
