福特汽车抬头显示方案：将全息HUD压合到挡风玻璃上

在最近的 SID 车辆显示和界面会议上，福特汽车公司做了一个演示，介绍了他们如何测试将全息薄膜层压到挡风玻璃上以用作抬头显示器 (HUD)。这种名为 HoloFlekt® 的全息薄膜由 Ceres Holographics制造，挡风玻璃层压由 Eastman 和 Carlex 合作完成。

在演示中，福特介绍了他们如何测试 HUD 性能以及必要的汽车安全相关撞击测试和耐久性要求。这项工作现已完成，因此现在可以开始详细讨论将 HUD 集成到车辆中。

HoloFlekt 技术可以将任何挡风玻璃或其他玻璃结构转变为超亮全彩显示屏。（来源：Insight Media）

为了了解有关全息电影的更多信息，我们采访了 Ceres Holographic 的首席执行官安迪·特拉弗斯 (Andy Travers)。

包含全息光学元件 (HOE) 的全息膜是一种新兴的光学设备，可用于弯曲、塑造或引导光线。简单的 HOE 结构（如光栅）用于波导中，以捕获、引导和扩展增强现实 (AR) 设备的图像。当它们集成到汽车挡风玻璃中并由 LED 投影仪照亮时，它们会在透明背景上创建驾驶员看到的图像，而无需佩戴任何额外的头盔。

对于汽车 HUD 应用，Ceres 的全息薄膜可充当 LED 投影仪的投影屏幕。虽然这听起来像是一个简单的光学功能（漫射），但实际上要复杂得多。例如，来自 LED 投影仪的光线以不同的角度和距离到达全息薄膜。这种投射光必须重新定向到相当狭窄的驾驶员眼区，并具有良好的均匀性和色彩保真度。它还必须保持高分辨率、明亮，但对外部光线也具有高度透明度。

创建全息图的一种方法是将来自物理对象的光记录在全息胶片中。这种方法有时称为模拟方法，需要物体激光器和参考激光器照射物体，两者均来自同一激光器。从物体反射的激光的相位会根据物体轮廓而改变，当它与简单的参考光束发生干涉时，会产生一系列条纹。然后，这些条纹被记录在感光聚合物膜（光聚合物）中，并创建全息图。当随后用相同角度的简单参考激光（或 LED）光束照射此全息图时，条纹会改变光的相位，并以真实的三维方式重现物体的图像。

模拟全息图记录方法无法很好地为该应用创建全息图，因为没有物理（散射器）设备可以准确地创建此功能。为了解决这个问题，Ceres 开发了所谓的逐像素 HOE 母版制作技术。其理念是通过一系列较小的全息图来创建大型全息投影膜。这些所谓的逐像素全息图只有 250×250 微米，每个逐像素全息图都根据其在整个全息膜中的位置进行计算。然后实施分步重复过程以完成全尺寸膜。

每个像素大小的全息图都是记录在光聚合物薄膜中的一系列条纹或干涉图案。计算红、绿、蓝 LED 光的条纹并将其混合在一起作为 RGB 条纹图案。然后，将该图案写入 3 个独立的空间光调制器，这些调制器是一种特殊类型的硅基液晶 (LCOS) 设备，每个调制器同时用红、绿、蓝激光照射。一旦组合，它们就会形成“物体光束”波前，现在会在 250×250 微米窗口的光聚合物处与参考光束发生干涉。Ceres Holographic 喜欢将这种全息母版制作过程称为“软件控制打印”。

Ceres 现已建立了全息图母版制作工艺和卷对卷全息复制能力，使用其 Gen 2 母版制作机生成的母版。通过这种方式，它可以生产大型挡风玻璃大小的薄膜，用于层压到挡风玻璃中。

Ceres 主要开发汽车 HUD，其特点是配备一个简单紧凑的 LED 投影仪和一个嵌入挡风玻璃的扩散全息膜。该解决方案使驾驶员可以在挡风玻璃表面看到投影图像。

在 AR-HUD 应用中，具有透镜光学能力的 HOE 可以在汽车前方虚拟距离处投射出大视野的图像。使用相同的数字印刷方法制作这样的全息母版是可行的，并且已列入 Ceres 的开发路线图中。

然而，在汽车挡风玻璃上使用透镜/镜面全息膜仍然具有挑战性。特拉弗斯说，目前还没有人能解决这个问题，那就是当阳光或路灯被挡风玻璃透镜型 HOE 衍射时，会产生驾驶员可见的不想要的彩虹。虽然可能有一些解决方案可以减少驾驶员眼罩中的可见彩虹，比如挡风玻璃涂层，但这些解决方案成本高昂，汽车制造商不太可能会青睐。其他方法包括将透镜 HOE 放在 HUD 投影仪盒内或顶部。

在该领域继续发展的同时，Ceres 真正专注于制造基于扩散器的 HOE，这种 HOE 不会出现彩虹问题，但可以提供生动且视野非常宽的透明显示 HUD。

作者简介

Chris Chinnock 拥有科罗拉多大学的电子工程学士学位，曾在通用电气、霍尼韦尔、麻省理工学院林肯实验室和巴恩斯工程等公司工作。1998 年，他创立了 Insight Media，该公司出版了时事通讯（包括 Display Daily）和市场报告，并针对显示器行业的新兴领域提供定制咨询。Insight Media 还举办了许多显示器活动，例如投影峰会、显示峰会、QLED 和高级显示峰会、光场显示流媒体 (SMFoLD) 等。Chinnock 还帮助创立并领导了两个专注于显示器的行业组织：3D @ Home 联盟和 8K 协会。他目前为拥有先进显示器技术的客户提供定制写作和营销服务。