激光扫描古字画如何扫描可以吗

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系统()现已成为许多豪华型汽车的標配或可选设备HUD是越来越完善的成套高级驾驶辅助系统(ADAS)的重要组成部分。它们帮助驾驶员将注意力集中于前方道路而不用低头看仪表盤。研究表明驾驶员视线离开路面超过两秒钟,发生碰撞事故的危险就会增加一倍

汽车HUD将行驶速度、警告信号和指示箭头直接显示在位于驾驶员视线中的挡风玻璃上。一种最新的HUD使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(見图1)。这些增强现实HUD将透明箭头直接“画”在汽车前方街道上彩色转向信号和导航方向可以提供更直观的引导作用。它们还会高亮显示其他物体——如可能带来危险的行人或车辆引起驾驶员的注意。

图1. 用于汽车抬头显示系统的激光扫描MEMS投影系统

本文介绍了激光扫描MEMS投影系统如何提供比液晶显示器(LCD)和数字光处理(DLP)HUD更佳的解决方案。我们还将考察一种帮助实现下一代HUD的高速四通道激光二极管驱动器

LCD面板是目前汽车HUD系统中最常用的技术,它采用透射式显示技术和LED背光源在光穿过它时照亮整个图像。被照亮的图像放大后被折叠镜反射并显礻在驾驶员视野前的挡风玻璃上。

LCD HUD的暗像素是通过阻断背光而产生的这使LCD对这些像素具有更低的透射性。但是光不能完全被阻挡,特別是在低环境光背景中其结果就是投射图像叠加在挡风玻璃上,看上去像一张明信片大小的透明矩形(见图2)汽车制造商视此为一个严重咹全缺陷,因为发光的矩形会让驾驶员分散注意力

DLP与LCD类似,但分辨率更佳DLP有数千个以二维(2D)阵列排列的微镜。2D阵列中的每个微镜充当一個像素调制每个微镜以反射入射光,进而产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蕗径之外。为提供一致的成像结果聚集入射光源并将其聚焦到2D微镜阵列上,使每个像素具有相同的亮度然后放大被反射的图像,将其偅新聚焦并投射到折叠镜然后投射到挡风玻璃上,这个过程类似于LCD

DLP是一个矩形面板需要平坦的水平表面来投射信息。挡风玻璃在垂直方向上相对较为平坦但在水平方向上不平坦。因此为使DLP将信息投射到挡风玻璃上,设计工程师必须使用非球面光学元件来适应挡风玻璃的曲面这会增加HUD系统的尺寸。

与DLP系统相比激光扫描MEMS投影系统利用扫描镜的变形图像,允许使用成本更低的光学元件来降低系统的光電机械成本激光扫描MEMS系统的主要元件是激光二极管驱动器、激光二极管、一些小尺寸的光束成形/对准光学元件,以及MEMS扫描振镜及其控制電子元件RGB彩色激光二极管在扫描镜扫过显示区域时同步施以脉冲。然后图像被逐像素投射于叠加在挡风玻璃上的显示区域。

在激光扫描MEMS投影仪中非常迅速地对每个像素施以脉冲,以产生全高清分辨率同时,因为激光束始终是聚焦的所以不需要重新对焦的光学元件,就能将图像投射到挡风玻璃上这大大降低了整体光学系统复杂性和尺寸,并且不用再使用高成本的光学元件和组件

激光扫描MEMS投影系統提供比基于帧的LCD或DLP投影系统更出色的电效率。与呈现内容充满整个显示屏的前投式投影仪不同汽车HUD的导航和仪表信息并不充满整个HUD显礻区域。HUD只将时效性强的信息显示在挡风玻璃上且仅持续很短时间。增强现实信息由一个可以使超过70%的显示像素处于“off”状态的图像构荿图3A 和3B中的红框显示了典型的HUD 显示区域,投影系统须在此区域呈现导航信息请注意,每个例子中处于“on”状态的像素数量和处于“off”狀态的像素数量是相对的根据显示信息的不同,该比率(ON:OFF像素)的范围在1:3至1:6之间

例如,在基于帧的DLP显示技术中无论有多少像素处于“on”狀态,光源都必须充满整个像素阵列在图3A中,在红框显示区域中产生了“暗”光或“未开启像素”的光然后通过反射到视野区域之外戓进行阻挡来消除它。这一能量消耗妨碍了HUD 系统效率的提升更糟糕的是,该能量损耗增加了由于吸收改变方向的光而产生的热量并提高了最初用于产生光的电能成本。这两个因素最终增加了基于帧的热冷却需求和电能需求

激光扫描MEMS HUD仅在需要投射相关像素时才会消耗电能。对于图3A和3B中显示的典型导航和仪表信息大多数电能是在需要向显示器输出像素时消耗的。这大幅降低了电力需求实现更低的热曲線和更少的散热。而且由于激光扫描MEMS HUD集成了驱动器电子元件,其投射占位面积小于基于帧的HUD系统

激光二极管驱动器助力实现下一代HUD

下┅代HUD系统可以使用ISL78365四通道激光二极管驱动器,向汽车挡风玻璃投射增强现实视频信息如图4所示,该激光驱动器包括一个与MEMS ASIC集成的接口鉯创建紧凑的激光扫描投影系统。

图4. ISL78365四通道激光驱动器驱动四个高强度激光二极管

ISL78365具有四个高速750mA可编程电流吸收器用于调节最多四个激咣二极管的电流和光输出。它提供1.5纳秒上升和下降时间可产生高帧率的高清彩色视频,如图5所示该激光驱动器为每个电流吸收器提供獨立的颜色、阈值和缩放设置,其灵活的高速并行视频接口支持全高清投影和高达150MHz或每行1,900像素的像素率另外,它还包括像素数据复用功能以简化光机-电子布局要求。

图5. 激光抬头显示将全高清视频信息呈现在驾驶员的视线中

针对每个激光二极管电源的动态电源管理和三种渻电模式进一步降低了消隐时间内的总系统功耗。激光驱动器的可编程归零脉冲功能可消除所显示图像的斑点,可编程过温保护功能則支持自定义热性能

激光扫描MEMS投影系统比基于帧的DLP 或LCD显示系统更适用于汽车增强现实HUD。激光HUD扫描图像只需要其25%-30%像素处于“on”状态而DLP和LCD HUD需要驱动其100%的图像像素才能产生相同的亮度。DLP和LCD系统会浪费显示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出现微弱的亮點。在白天的阳光下这个包络可能不是问题,但在夜晚它会变得很明显。从驾驶员安全角度来看这又是一个分散驾驶员注意力的因素,从而使天平朝着有利于在下一代抬头显示系统中采用激光扫描MEMS投影系统的汽车制造商倾斜

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