DLP_HUD

大家好我叫王英西来自德州仪器 感谢各位的宝贵时间收看本次节目 今天我介绍的题目是 DLP 在汽车抬头显示领域的创新应用 首先我会简单和各位回顾一下 什么是德州仪器的DLP产品 以及其基本的工作原理 然后结合抬头显示应用介绍 DLP 的技术特点 及其优势相信不少朋友啊对 DLP 已经有所耳闻 甚至还有的朋友了解到 DLP 目前已广泛应用于数字影院投影机及微型投影等产品类别中 这些都是 DLP 为人所称道的成功应用范例 但事实上 DLP的应用不仅限于此 事实上在过去的若干年中 德州仪器加大对 DLP 的技术研发 致力于将其带入到工业医疗安全 以及汽车等其他信息领域 DLP 是如何做到的 那我们要来看一看 就首先它究竟是什么以及是如何工作的 和德州仪器销售的其他众多产品一样 德州仪器在 DLP 技术中提供的也是半导体芯片 其中最为核心的就是画面上这一颗 DLP 芯片 或者我们通常也叫做 DMB 面板 这个芯片集MEMS 集微机械电子系统结构技术之大成 核心是一个微镜阵列 其由数量众多的微镜组成 微镜数量呢 可以从数以十万计到近千万门不等 每一个微镜可以简单理解为 显示屏幕中的一个像素 微镜本身的尺寸非常的细小 其边长大约只有人头发丝直径的十分之一 画面中显示的毛茸茸物体 其实是蚂蚁的一条腿 与之对照的就是排列整齐的小方块 就是一颗一颗的微镜 微镜大小呢 大致和蚂蚁腿上的汗毛相当 所以你可以看到 这个微镜的尺寸非常的细小 那微镜是如何和显示挂钩的呢 那接下来 我们通过一段动画来了解 DLP 的成像的基本工作原理 如果用光电显微镜观察微镜阵列区域的话 你会看到 事实上这个微镜正面呢 是由众多排列整齐的微镜所组成 每一个微镜呢都由具有高反射率的铝片组成 在微镜的中心的下方呢有一个支架支撑着他 在工作时呢 微镜上会被施加一个静电荷和下方埋长的电极 发生静电力的作用从而使得微镜啊 以支架为轴发生两个角度不同角度的偏转 对今天大部分 DLP 芯片来说呢 其偏转的角度分别呢是正负十二度角状态 我们往往呢也简单 称之为开状态和关状态值得留意的是呢 微镜在偏转的时候呢 它是停留在这两个状态上 而发生偏转的这个过程 是非常短暂的 其偏转的这个状态呢 具体呢是由更下方的 cmosmemory 内存单元所决定 当内容变化时呢微镜呢 就会从一个状态迅速地转换到另一个状态 现在呢如果有一束这个图像数据 源源不断地呢转换为0101的序列 输入到微镜下方的 cmos 单元 那么微镜的就会与之呢 相应的发生这个角度的状态的偏转 现在假设如果画面上右上角 有一束光照到微镜上那么微镜的开和关两个状态呢 就会把光反射到不同的方向上 在假设我们在荧屏的正上方 有设置一组投影的镜头 那这个时候呢 当微镜处于开状态的时候 那这束光呢 就会被反射出啊镜头 然后到达投影的屏幕上 那这时候呢荧屏上留下的就是一个亮点 反之当微镜处于一个关状态的时候 光线的被反射到其它的地方 而无法透过正上方的镜头的输出 到荧屏上那荧屏上留下了这是一个暗点 那这时候呢就产生了黑和白的两个概念 那同时再结合这个微镜开和关 在一定时间内开关时间的比例的长短 从而可以决定画面上 对应像素的这个灰阶程度这样子呢 荧屏上留下的则会进一步生成就是一个灰阶画面 那同时利用 DLP 的显示的速度非常的快 所以他可以把一帧画面的时间呢 再切分为很多更细小的部分 那么如果在这个每一个细小的部分的 如果把光源不断的做切换切换成 rgb 三色光源 那么这时候荧屏上的就会产生 对应的 rgb 三色的单一灰度画面 那么最后呢 利用人眼视觉暂留或者积分的这样一个效应 人眼会把这个单一颜色的这个灰阶面的积分到一起 最后人眼呈现在眼前面的就是一幅色彩斑斓 颜色亮丽的投影画面 在这边呢我们在画面上会看到的呢 是一个简单的光学膜组 刚刚我们谈到就是 DLP 芯片的 它是一个光电半导体器件 那么他呢 是需要和光学模组配合才能工作的 那这是一个典型的基于 led 光源的光学模组的示意图 你会看到呢 在这个画面上其实有三个重要的部分第一个呢 部分呢是我们所谓的就是我们刚介绍的 DLP 芯片 DLP 面板或者 dmd 那他是一个成像器件，那么在成像之前呢 实际上你是需要有光源的 在这个图中间的是三颗 led 红绿蓝的三个 led 光源 然后呢 通过一系列的棱镜或者是复眼透镜把这些三色的光源发出的光 以最高的效率和最均匀的方式呢 上射倒微镜上而照射到我们这个 DLP 面板上 然后 DLP 那对这些光线的进行调制 然后再通过呢一组我们所谓的叫做投影镜头 然后呢反射出来 然后达到投影的屏幕上最终的形成 一幅一幅的这个彩色画面 在这边你可以看到 最终的产生的是一副彩色画面 那这个呢就构成了 DLP 的典型的一个成相的工作原理 刚才我们简单回顾一下 DLP 基本工作原理那接下来 让我们切入到今天的主题 也就是说汽车的抬头显示应用 以结合 DLP 的结合 那事实上今天大家所说的抬头显示啊 是一个非常包含了 各种各样的不同产品形态 那么在市场上呢 我们通常会留意到有这么三大类的抬头显示 产品形态 第一类呢我们称之为 Windshield 它的方式呢 是利用挡风玻璃来把抬头显示所成的虚像 通过挡风玻璃那映射到人的眼睛 其主要的代表呢 也有宝马的这个高端车系上所装备的抬头显示产品 第二类呢我们叫做 combiner 他事实上不是那种挡风玻璃 而是在挡风玻璃之前那有 树立一块这个半透半反的树脂 来把抬头头显示的像呢映射到人的眼镜 那这样的产品的代表呢 由于这个呃 雪铁龙嗯最近一款车型上 它有这样的一种表现形式那么这两类呢 通常是为这个前装市场所接受的抬头显示 同时呢他们的特点也非常明显 就是他们所呈现的 这个抬头显示的图像事实上是一个虚像来的 它其实呢是聚焦 或者说是呈现在道路的前方或者是车外 第三种呢 就是我们看到的很多其他比较简陋一点的 这种啊 显示方式啊 那他呢是的表现方式有就是应用一些简单的液晶体 比如说呈现一些数据或者导航的信息 那他的一个最大特点 就是他呈的这个像是一个实相 意味着呢你的人眼呢看这个图像的话呢 你的聚焦其实是在汽车内的啊 我们通常会把前两种就 Windshied 和 Combiner 这两种啊 称之为真实的抬头显示 因为抬头显示的一个本质的一个 出发点就是希望能够帮助提高驾驶的安全性 让驾驶员在正常观看道路的观察道路的同时呢 能够在同样的视野范围呢 和同样的聚焦的范围内能观看到 很多辅助的驾驶信息 那这两者呢 是这些是能够通过 Windshied 和 Combiner 这两种 真实抬头显示的方式能够获取的 所以目前呢 我们看看就是 DLP 也是 focus 在这两种产品的类别上 那么我们讲这两种的叫做真实的抬头显示 那我接下来可以用一个简单的一个示意图来表明他的一个 基本的成像原因是什么 那么在这一张示意图上 你会看到 第一个呢 这里有一个黄色的小区黄色的方块 它们代表着抬头显示的这个成像的机制 这个抬头显示的像呢 是在这个黄色的块里面呈现的一个蓝色的斜线 代表着挡风玻璃或者是呢 这个我们前面讲了Combiner 立起来的这一块 半透半反的树脂 那么当hud的成像的通过这个挡风玻璃或者树脂以后呢 映射到人的眼镜而人呢 看出去的时候呢 以为这个像呢是走直线来的所以呢 他成像或聚焦呢 是在车这个挡风玻璃或者是 Combiner 以外 这个原理的非常的简单 那么大家可以看到就是抬头显示 他因为他看到的是一个虚像 所以衡量这个虚像呢 有很多不一样的一些衡量的指标 比如说通常我们描述一个显示系统的话 通常是用这个叫做对角线尺寸 对吧这个是一个三十寸的画面 或者六十寸的画面，因为这里是呈的一个虚像呢 通常我们描述抬头显示用的是一个视角的概念 也就是说它在你的人的眼睛前面 能够呈现一个多大角度的一个视角 这个视角通常用两个来表示 一个是水平的视角 还有一个是垂直视角利于现在我们在这个画面上看到了 这个示意图呢 是显示是一个十二度宽度的视角和一个垂直三度的视角 同时呢抬头显示 你还会看到一个就是说 她的这个成像的距离 或者是虚拟画面 VID 虚拟画面的一个距离 也就是说人眼需要聚焦在多远的一个地方 能够看清楚这个像 那这也是一个关键的一个参数 或者说不同于其他的显示方式的一种参数 那在这个例子中间呢 我们看到的是一个 聚焦是在两米外的这样的一个虚拟画面 DLP 对德州仪器来讲 是一个非常看好的一个应用的产品 那么特别的我们感觉 DLP 技术 非常适合在宽视角的抬头显示应用当中 那同时呢，他也有他一些独特的优势 第一个 DLP 是一个非常成熟的技术 从九六年量产至今 我们已经历时十八年的这个量产的历史 是一种非常可靠的技术 同时呢 DLP 呢是一种非常灵活的光阀器件 事实上它可以和众多的这个光源配合和工作 不局限于某一种类别 今天从早期的这个灯泡的方式 到今天的 led 光源 以及激光光源 它都可以非常高的效率来配合工作 第三个就是它的一个灵活性 DLP 实现的这个抬头显示 它的设计非常灵活 一个设计有机会可以符合做成多款 不同 model 适合不同的应用的需求 同时它还具有 具有非常可靠和准确的色彩 具有无与伦比的 这样的一个图像质量 特别是考虑到了 在汽车环境下整个的环境温度的变化非常的大 所以 DLP 的这种能够在不同温度环境 在不同的外界亮度环境 能够保持一致的 这样的一个性能是几个重要的特点 最后一个就是它的一个高效率 DLP 相比其它的显示技术 它的发光效率非常的就是它的利用光的效率非常高 我们在夜间的使用流明每瓦就是流明是亮度 每瓦这个功耗的 这样的一个情况下来衡量它的一个效率 事实上在这一方面 DLP 做的非常出色 当各位计划设计一款抬头显示产品的时候 通常会要考虑一些核心的抬头显示的参数 你要是采用哪种技术 或者用哪种方式来实现 那这边罗列的一些 典型的一些参数 第一个您可能会要考虑 整个的这个架构实现的方式是什么 比如说是这种挡风玻璃 还是利用 Combiner 或者其它的形式这个 通常有您的这个 允许的这个抬头显示的体积所决定 第二个抬头显示本身的一些性能你要考虑 到底我实现了这个视角要多大 我要的分辨率是怎么样的 同时这些都决定了您的抬头显示的一个亮度 因为简单来讲你会发现抬头显示 对亮度要求非常的高其一个原因是 设想一下 在这个抬头显示的汽车驾驶在一个烈日当空的情况下 那么在这种非常高亮度环境下 你依然要看清楚抬头显示上的这个显示的内容 那么对它的亮度的要求是特别的高 是远甚过的你常规看到的这一些显示的方式显示产品的 那么同时在外界非常黑暗 比如黑夜里你开车的时候 你这时候这个抬头显示的内容又不能过亮 这样子使得你无法看清外部实际道路上的一些信息 这个对抬头显示提出了一个另外的要求 也就是说它需要具有非常高的 一个动态对比度也就是我们所说的 Dimming Range 那么同时要考虑的就是说我们实现的这个抬头显示 需要它呈的一个虚像所距离人员的一个距离是怎么样的 到底是在车外比如说两米的距离还是更远的 那这些是和抬头显示的光学系统也息息相关 所以当您在设计抬头显示的时候 这些东西通常可能要说您考虑到的一些特性参数 接下来让我们看一下 DLP 的 抬头显示的系统框架是怎样的 现在这张图上你会看到黑线以上的 代表着抬头显示部分黑线以上 代表着抬头显示的信源输入信源 可以来自于可以是汽车的中控系统或者是导航 那么它们将所需要显示的内容通过 RGB 或 FTPLINK 其它方式传输到抬头显示系统 下方抬头显示大致可以分成三个部分 一个是右方的抬头显示的电子部分电子部分的核心 第一是 DLP 的一颗驱动 ic 它完成的工作 是将常规的 RGB 信号转换为 DLP 面板 所能接收的特定的这个数据序列 将图像信息转换为微镜的偏转状态 电子系统另外一部分 这是 DLP 专属的一个动态背光调节功能 那它可以根据汽车的当前环境亮度 来动态调节显示所需要的输出的亮度 使得抬头显示亮度符合当前环境的需要 那这个提供了一个非常高动态范围的一个对比度调节 除了电子部分以外 剩余的两个部分的这是从属于光学 一个是我们所红色框中间所代表的 PGU 部分 PGU 简单来讲是 Picture genarating unix 的缩写 那它和我们前面介绍了 DLP 工作原理中间介绍的 DLP成像模组的架构是非常类似的 它的主要作用 是将电子图像信号转换为光转换为光信号 它成像以后 输出到一个叫做 Diffuture screen 的一个小的屏幕上 成像在一个小的屏幕上投影出来 那在抬头显示的部分 这个左方的抬头显示 box 的这个部分 就是说在将所成像的这样的一个小画面 通过一系列的光学反光镜曲面镜 将光学放大让图像放大 然后成一个虚像 通过挡风玻璃或者是我们说得 combiner 映射到人的眼睛那这个 构成了整个抬头 DLP 基于 DLP 方式 实现了抬头显示的一个系统框图 随着 DLP 抬头显示兴起抬头显示的内涵 将发生巨大的改变 不同于以往三到五度视角的显示 DLP 抬头显示将实现七度十度 甚至更大的一个角度其虚拟成像的距离 也能实现从两米到二十米不等的距离 取决于实际的光学设计 随这显示的视角的扩大 抬头显示有机会成为主要的信息显示终端 那么在不久的未来如何结合车载相机 将道路辅助驾驶信息 能够通过抬头显示映射到实际的道路上 实现所谓的现实增强的功能 值得一提的 DLP 的抬头显示 可以和各种新型的光源无缝的配合 那么既可以和 led 也可以和激光等 不同的新光源的无缝配合提高最高的光学效率 这对宽视角抬头显示 DLP 有其明确独特的技术优势 相比 TFT DLP 有更高的显示亮度 从而能够支持更大的显示区域 以及更大的视角在很大的温度动态范围下 DLP 能够维持很高的对比度以及高亮度 从其寿命讲 DLP 作为一种可靠的电子元器件 能够非常精确重现色彩 同时 DLP 可以和各种极化光或非极化光无缝工作 同时它是一个可扩展的设计 基于同一种架构 可以实现多款不同的抬头显示的终端产品 为协助客户更快地研发 基于DLP技术的抬头显示产品 德州仪器也推出不同的参考设计或者EVM选择 用于帮助客户的不同应用需要 针对客户有能力自己解决PGU或者光学部分 或者已经找到相应的合作伙伴 德州仪器可提供完整的电子的参考设计或者是评估板 这里面包括了 DMD 电路板 背光控制电路板 完整的电子参考设计和代码 那么如果针对另一类客户 他能够希望专注于抬头显示的后端的光学部分的开发 或者它们可以选择 那么德州仪器也提供了另一类 第二种选择除了电子部分以外 还提供一个 DLP 的 pgu 那样子客户 能够更专注于抬头显示的后端光学部分设计 能够快速的来评估尺寸性能 第三类是针对一些希望能够快速进入抬头显示市场 搭建原型机来做一些前期演示性能评估的客人 那么则可以选择 这个德州仪器提供了第三种选择 其一包括了电子pgu以及抬头显示的光学部分 那这样子基本上是一个完整的抬头显示的原型机 那在这个部分里面特别的 DLP 还提供了抬头显示的光学结构设计参考文档 和完整的电子解决方案 我们相信在不久的未来 市场上将涌现大量装备有 DLP 抬头显示的车款 DLP 抬头显示将提高驾驶的乐趣和安全性 如果各位对DLP 抬头显示 有更多希望了解更多的细节 欢迎和当地的 TI 业务代表 或经销商联络 今天的介绍就到这里为止 非常感谢大家 谢谢