AR-HUD动态环境测试：太阳光模拟器的技术突破

 

在智能驾驶时代，车载AR-HUD的显示效果直接影响驾驶安全与交互体验。然而，自然光的复杂动态特性——从高原烈日的强眩光到隧道内外的明暗骤变——对HUD的亮度、色彩与抗干扰能力提出了严苛挑战。Luminbox 全光谱准直型太阳光模拟器，以帮助车载 HUD 系统在实验室内进行太阳直射、光学干涉与动态光适应性等光学性能测试与验证，推动技术持续进步，为驾驶员带来更安全、舒适的驾驶体验。

AR-HUD：

增强现实抬头显示的技术革新

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作为下一代车载显示的核心，AR-HUD需在复杂动态环境中实现多深度虚像融合，并满足以下严苛要求：

 

 

广视场角（＞10°）与高分辨率（MTF＞0.4 @6.7 lp/mm）；

 

 

低畸变率（远场＜2.2%、近场＜0.86%）；

 

 

抗环境光干扰，确保强光下虚像对比度与色彩一致性；

 

 

动态适应性，支持EYEBOX范围内（120×60 mm²）的±100 mm水平偏移容差。

 

 

AR-HUD增强现实抬头显示（Augmented Reality Head-Up Display）技术通过光学系统将驾驶信息投射至驾驶员视野，实现行车数据与真实路况的融合。近期研究人员提出了一种新型双光路设计方案，其核心特点如下：

双光路分层显示

 

近场光路（2米）：显示基础驾驶信息（如车速、油耗），水平视场角6°，MTF>0.2@6.7 lp/mm，畸变<0.86%。

 

 

远场光路（8-24米）：动态投射导航指引与ADAS警示，水平视场角10°，MTF>0.4@6.7 lp/mm，畸变<2.2%，支持连续深度调节。下图展示两种可能的AR-HUD光学架构，通过自由曲面反射镜（Freeform Reflector）与折叠镜组（Folding Mirrors）的排列差异，实现近场与远场双光路的耦合设计。

 

 

AR-HUD 的光学布局示意图 ：(a) AR-HUD的光学布局1；(b) AR-HUD的光学布局2

 

 

双配置结构图

 

 

EYEBOX自适应调整

 

 

设计眼动范围达120×60 mm²，近场光路支持±25 mm横向位移，远场光路支持±100 mm调整，适配不同驾驶员坐姿与头部位置。下图展示了配置1和配置2的EYEBOX多层结构，用于分析EYEBOX位置对图像质量的影响。

 

 

配置 1 和配置 2 的 EYEBOX 多层结构

 

 

紧凑型光学架构

 

 

采用单PGU（图像生成单元）方案，结合折叠镜组实现双光路耦合，显著减少空间占用，提升系统集成度。

多深度虚拟成像

 

 

通过调节折叠镜间距，远场光路可在8米至24米间连续变焦，保持图像中心位置稳定，满足复杂路况下的AR交互需求。

 

 

远场光路多深度虚拟图像

太阳光模拟器：AR-HUD光学测试的全维度验证平台

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为满足AR-HUD在复杂环境下的可靠性需求，太阳光模拟器需具备以下核心能力：

 

 

1.光谱精准复现：覆盖380–780 nm全波段，匹配CIE AM1.5G标准，支持不同时段、天气的光谱快速切换；

 

 

2.动态参数调控：亮度（1,000–120,000 lux）、色温（2700K–6500K）独立可调，模拟隧道进出、高原强光等极端场景；

 

 

3.光学一致性保障：光线发散角＜±2°（接近自然太阳光准直性），光斑均匀度＞95%，确保测试场景与真实路况的空间光分布高度一致

结论

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本研究提出一种新型双光路耦合AR-HUD系统，通过以下设计实现驾驶信息的高效交互：

 

 

分层显示架构

 

 

近场光路（2米）：显示基础驾驶信息（如车速），视场角6°×2°。

 

 

远场光路（8-24米）：动态投射导航与ADAS警示，通过调节三组折叠镜的轴向间距，实现虚像距离连续变焦。

 

 

空间与性能优化

 

 

单PGU（图像生成单元）集成：将双光路集成于单一投影模块，减少体积占用。

 

 

大范围AR增强：远场虚像可随路况动态调节（如弯道投射至24米），提升信息与实景的融合精度。

Luminbox 全光谱准直型太阳光模拟器

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Luminbox 全光谱准直型太阳光模拟器是车载 HUD 系统光性能测试专用光源。能精准模拟自然光环境，支持光谱 / 亮度 / 色温调控。

 

 

1.全光谱覆盖：350nm-1100nm 光谱，贴近自然光权重

 

 

2.高动态亮度：2 米处 20,000-150,000Lux，满足 HUD 亮度响应测试

 

 

3.强光抗扰验证：直射模拟复现图像模糊 / 重影问题场景

 

 

4.多场景适应：支持日间 / 夜间 / 隧道等光照动态切换测试

 

 

AR-HUD 系统的光性能测试和自然太阳光谱模拟，是保障其在复杂驾驶环境下稳定、可靠显示的关键技术手段。随着汽车科技的不断发展，Luminbox 全光谱准直型太阳光模拟器，以帮助AR- HUD 系统在实验室内进行太阳直射、光学干涉与动态光适应性等光学性能测试与验证，推动技术持续进步，为驾驶员带来更安全、舒适的驾驶体验。