大眾ID.3/ID.4與最近的奧迪Q4都采用了AR-HUD，AR-HUD成為汽車電子的熱門話題，幾乎所有的新車都規劃使用AR-HUD。

VID為2.2米，HFOV為6度，VFOV為2度，分辨率為864*480 。成本結構方面，對TFT型HUD來說PGU、光機與結構、PCBA與LED各占1/3。 按照圖像生成單元（即PGU）常見的HUD分為TFT、DLP和激光三大類，也有冷門的很少人提及的LCOS。按光源可以分為LED和激光兩大類，按投影成像技術可以分為多片、全息和光場三大類。所謂AR-HUD實際就是增加了AR圖像層（也有把層說成焦段），在常規車輛信息如速度和能耗外增加了導航和ADAS信息。

日本精機多層圖像HUD

上圖是全球第一大HUD廠家日本精機的多層圖像HUD設計。近層圖像主要顯示儀表和設置調整信息，遠場圖像顯示路徑導航和各種警告信息。還有一個側方立體信息，如盲點和車道偏離警告。通常只是增加一個遠場AR圖像層，其虛擬成像距離VID一般是5到10米，常規圖像層的VID是2米。

目前主流是多層。多層又可分為單PGU與多PGU兩種。

奧迪A4的AR HUD

上圖為奧迪A4的AR HUD，應該是兩個PGU，一個是靜態圖像層，即常規車輛信息。另一個是AR圖像層。光機部分也基本是兩套，可以說這是兩套普通HUD放在一個盒子里，成本高且復雜。

靜態圖像層3米的VID，AR圖像層10米的VID。

也有臺灣國立交通大學設計的單PGU型AR HUD，它將PGU的圖像分為兩個邏輯區域R1和R2，實現一個PGU，兩層圖像。

一個PGU兩層圖像的AR-HUD簡單參數。

三星電子的光場型AR-HUD

光場型AR-HUD的缺點是需要一個眼球追蹤攝像頭追蹤眼球的位置，通常是立體雙目攝像頭，典型如奔馳S級的，也有TOF攝像頭，理論上完全可行，但還未見到量產產品。

三星電子的光場型AR-HUD的核心是Lenticular透鏡。

三星電子光場型AR-HUD透鏡模型。

上表是三星電子光場型AR-HUD的參數，未來三星哈曼將量產這種AR-HUD。 全息技術方面，有多種技術組合，異常復雜，簡單地說有兩種，一種是光波導，一種是LCOS-SLM，LCOS-SLM通常都結合激光HUD使用，下文在介紹激光HUD時會介紹。 波導技術并不是什么新發明，我們熟悉的光通信系統中，用來傳輸信號的光纖組成了無數條連接大洋彼岸的海底光纜，就是波導的一種，只不過傳輸的是我們看不見的紅外波段的光。在AR-HUD中，要想光在傳輸的過程中無損失無泄漏，“全反射”是關鍵，即光在波導中像只游蛇一樣通過來回反射前進而并不會透射出來。簡單來說達到全反射需要滿足兩個條件：（1）傳輸介質即波導材料需要具備比周圍介質高的折射率;（2）光進入波導的入射角需要大于臨界角θc。光機完成成像過程后，波導將光耦合進自己的玻璃基底中，通過“全反射”原理將光傳輸到眼睛前方再釋放出來。

這個過程中波導只負責傳輸圖像，一般情況下不對圖像本身做任何“功”（比如放大縮小等），可以理解為“平行光進，平行光出”，所以它是獨立于成像系統而存在的一個單獨元件。光波導總體上可以分為幾何光波導（Geometric Waveguide）和衍射光波導（DiffractiveWaveguide）兩種，幾何光波導就是所謂的陣列光波導，其通過陣列反射鏡堆疊實現圖像的輸出和動眼框的擴大，代表光學公司是以色列的Lumus，目前市場上還未出現大規模的量產眼鏡產品。衍射光波導主要有利用光刻技術制造的表面浮雕光柵波導（Surface Relief Grating）和基于全息干涉技術制造的全息體光柵波導VHG （Volumetric Holographic Grating）或HOE （Holographicoptical Element）， HoloLens 2，MagicLeap One均屬于前者，全息體光柵光波導則是使用全息體光柵元件代替浮雕光柵，蘋果公司收購的Akonia公司采用的便是全息體光柵，另外致力于這個方向的還有DigiLens（HOE）。

德國大陸汽車向 DigiLens投資了2500萬美元，目前持有該公司股份接近18％，并保有董事會席位。DigiLens的其他一些投資者還包括Universal Display Corporation、Samsung Venture Investment、Niantic、Sony Innovation Fund、Diamond Edge Ventures和Mitsubishi Chemical Holdings Corporation等。 PGU方面，目前主要是TFT-LCD，雖然德州儀器一再宣稱DLP才是AR-HUD的首選，但高昂的價格讓人望而卻步，未來恐怕TFT-LCD還是主流。

還有冷門的LCOS，在谷歌AR眼鏡上有使用，由臺灣群創關聯公司奇景提供，不過AR眼鏡無一例外都失敗了，未來消費級的AR眼鏡恐永遠不可能出現，一天到晚看短視頻的中國人絕對不喜歡這玩意。 TFT-LCD的PGU的主要供應商是日本JDI和京瓷，松下能夠自產PGU，這也是松下HUD快速崛起的主要原因。臺灣的友達和群創也有，國內的天馬和京東方也有TFT-LCD的PGU。日本JDI和京瓷的PGU市場占有率估計超過80%甚至更高，因為日本企業電裝、松下、日本精機三家在HUD的市場占有率有60%左右。

京瓷PGU

京瓷PGU一覽見上表，目前3.1英寸已經量產，4.1英寸也完成了研發。目前主流PGU為3.1英寸，AR-HUD至少也要3.1英寸，非AR-HUD考慮成本有用1.8甚至1.1英寸的。 DLP方面，奔馳新S級對成本不敏感，自然采用了DLP做AR HUD，不過使用DLP技術做HUD，奔馳并非第一家，林肯大陸和領航員也都使用了DLP做HUD，但仍然是傳統HUD，都由德國大陸汽車提供。林肯大陸和領航員使用的是德州儀器早期DMD芯片DLP3030，只有40萬像素。奔馳AR HUD使用德州儀器最新的DMD芯片DLP5531（2018年下半年才量產，所以林肯沒用上），有130萬像素，FOV為10X5°，VID距離為33英尺即10米，奔馳稱這相當于77英寸顯示器。不僅在HUD上使用了DLP投影，在車大燈上，奔馳還極盡奢華使用了DLP投影，也是DLP5531。

德州儀器的DLP PGU也就是DMD，目前主推的是DLP3030-Q1，分辨率和TFT型PGU一樣，也是864*480，性能并不算突出，因此市場一直受限，高端產品則有DLP5531-Q1，分辨率1280*720，還有一款2020年9月推出的DLP5530-Q1，外接GPU和鉆石預處理分辨率可達2304*1152，德州儀器雄心勃勃，試圖用DLP5530-Q1打造IP HOE擋風玻璃全息儀表，完全取代傳統儀表，我下一篇文章會詳細說明。

理光激光HUD

激光HUD是性能最強勁的，或許是自動駕駛時代的標配，需要注意這里的激光不是指光源，而是成像單元。簡單地說，這很像一個MEMS激光雷達，RGB三色激光二極管編譯圖像成激光，用一個二軸掃描MEMS鏡掃描成像。

Envisics全息激光HUD

跟激光雷達一樣，有MEMS的就有OPA的，不過在全息圖像領域叫LC-SLM，即液晶空間光調制，涉足到LC-SLM研發的國外企業包括美國Meadowlark、日本Hamamatsu、德國Holoeye等；國內的廠家以上海UPOLabs為代表，初創企業Envisics也異常活躍，上圖就是Envisics的全息激光HUD示意圖。2020年10月，車載全息AR-HUD供應商Envisics獲得了由通用資本、上汽資本、現代摩比斯和Van Tuyl Companies牽頭的B輪融資，金額為5000萬美元。摩比斯計劃與Envisics一起開發自動駕駛專用的AR-HUD，并計劃到2025年實現量產。 何為空間光調制器（Spatial Light Modulator）？

廣義的空間光調制器是指一種新型的光波特性變換/調制器件；進一步而言，是一種可編程、可使光波在時間及空間上動態改變特性的器件;空間光調制器是一種將輸入光波信號根據控制信號按某種函數關系調制輸出光信號的器件。因此，用數學函數來表達的話，可如下：

Output（O）=C（x，y，t）*Input（O）

C（x，y，t）為控制信號；Input（O）為輸入光信號，Output（O）為輸出光信號，輸入與輸出光信號的變化可以是光波振幅、相位、偏振態、波長、相干性等屬性參數中的一個或多個參數值，這些參數的變化能引起光波特征的各種變換。Input和Output之間不同變換意味著SLM實現了不同的功能。輸入光和輸出光的讀出方式不同，意味著不同的光路形式，主要有透射式和反射式。運算量巨大，不過可不是深度學習那種單純的MAC乘和累加，而是類似毫米波雷達那種空間時域變換的FFT計算。運算量大是其主要缺點。 傳統HUD技術通常在微型顯示屏上生成圖像，然后投影到固定的焦點平面上，這種技術光損率太高，在光線傳播過程中通常會浪費90%光源，不僅功耗更高而且發熱量還會大一些。激光HUD是將圖像直接生成在擋風玻璃上，而不是PGU里。因此激光HUD具備無與倫比的性能和效率優勢。

比如FOV，頂級AR-HUD的FOV僅10X5°，而激光HUD可以達到180度。對比度和亮度方面，激光更是具備壓倒性的優勢，分辨率方面，可以做到4K級的分辨率，DLP或TFT要做到的話，成本會高出激光不少。光機引擎方面，采用MEMS掃描的光機引擎體積非常小，遠低于DLP或TFT-LCD。捷豹路虎（就是Envisics供應的）和日本先鋒在2014年曾經推出過激光HUD，限于當時的技術條件，AR全息技術當時遠未達實用地步，傳統HUD完全無法發揮激光HUD的優勢。如今AR全息已經成熟。激光HUD差不多是公認的未來方向。日本企業尤其積極，矢崎、ALPS阿爾派、松下、瑞薩、理光、先鋒、電裝都有不少激光HUD專利和相關產品。其最大缺點是成本太高，當然了，成本是可以降低的。還有一個缺點是激光二極管發熱量大，可能需要水冷。 激光AR-HUD可以顯示異常豐富的內容，分辨率足夠高，視覺效果非常好，自動駕駛時代尤其適合，能夠為人們提供足夠的自動駕駛使用信心。

原文標題：AR-HUD現狀與趨勢

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責任編輯：haq