在智能駕駛時代，車載AR-HUD的顯示效果直接影響駕駛安全與交互體驗。然而，自然光的復雜動態(tài)特性——從高原烈日的強眩光到隧道內(nèi)外的明暗驟變——對HUD的亮度、色彩與抗干擾能力提出了嚴苛挑戰(zhàn)。Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器，以幫助車載HUD 系統(tǒng)在實驗室內(nèi)進行太陽直射、光學干涉與動態(tài)光適應性等光學性能測試與驗證，推動技術持續(xù)進步，為駕駛員帶來更安全、舒適的駕駛體驗。

AR-HUD：

增強現(xiàn)實抬頭顯示的技術革新

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作為下一代車載顯示的核心，AR-HUD需在復雜動態(tài)環(huán)境中實現(xiàn)多深度虛像融合，并滿足以下嚴苛要求：

廣視場角（＞10°）與高分辨率（MTF＞0.4 @6.7 lp/mm）；

低畸變率（遠場＜2.2%、近場＜0.86%）；

抗環(huán)境光干擾，確保強光下虛像對比度與色彩一致性；

動態(tài)適應性，支持EYEBOX范圍內(nèi)（120×60 mm2）的±100 mm水平偏移容差。

AR-HUD增強現(xiàn)實抬頭顯示（Augmented Reality Head-Up Display）技術通過光學系統(tǒng)將駕駛信息投射至駕駛員視野，實現(xiàn)行車數(shù)據(jù)與真實路況的融合。近期研究人員提出了一種新型雙光路設計方案，其核心特點如下：

雙光路分層顯示

近場光路（2米）：顯示基礎駕駛信息（如車速、油耗），水平視場角6°，MTF>0.2@6.7 lp/mm，畸變<0.86%。

遠場光路（8-24米）：動態(tài)投射導航指引與ADAS警示，水平視場角10°，MTF>0.4@6.7 lp/mm，畸變<2.2%，支持連續(xù)深度調(diào)節(jié)。下圖展示兩種可能的AR-HUD光學架構，通過自由曲面反射鏡（Freeform Reflector）與折疊鏡組（Folding Mirrors）的排列差異，實現(xiàn)近場與遠場雙光路的耦合設計。

AR-HUD的光學布局示意圖：(a) AR-HUD的光學布局1；(b) AR-HUD的光學布局2

雙配置結構圖

EYEBOX自適應調(diào)整

設計眼動范圍達120×60 mm2，近場光路支持±25 mm橫向位移，遠場光路支持±100 mm調(diào)整，適配不同駕駛員坐姿與頭部位置。下圖展示了配置1和配置2的EYEBOX多層結構，用于分析EYEBOX位置對圖像質(zhì)量的影響。

配置1和配置2的EYEBOX多層結構

緊湊型光學架構

采用單PGU（圖像生成單元）方案，結合折疊鏡組實現(xiàn)雙光路耦合，顯著減少空間占用，提升系統(tǒng)集成度。

多深度虛擬成像

通過調(diào)節(jié)折疊鏡間距，遠場光路可在8米至24米間連續(xù)變焦，保持圖像中心位置穩(wěn)定，滿足復雜路況下的AR交互需求。

遠場光路多深度虛擬圖像

太陽光模擬器：AR-HUD光學測試的全維度驗證平臺

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為滿足AR-HUD在復雜環(huán)境下的可靠性需求，太陽光模擬器需具備以下核心能力：

1.光譜精準復現(xiàn)：覆蓋380–780 nm全波段，匹配CIE AM1.5G標準，支持不同時段、天氣的光譜快速切換；

2.動態(tài)參數(shù)調(diào)控：亮度（1,000–120,000 lux）、色溫（2700K–6500K）獨立可調(diào)，模擬隧道進出、高原強光等極端場景；

3.光學一致性保障：光線發(fā)散角＜±2°（接近自然太陽光準直性），光斑均勻度＞95%，確保測試場景與真實路況的空間光分布高度一致

結論

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本研究提出一種新型雙光路耦合AR-HUD系統(tǒng)，通過以下設計實現(xiàn)駕駛信息的高效交互：

分層顯示架構

近場光路（2米）：顯示基礎駕駛信息（如車速），視場角6°×2°。

遠場光路（8-24米）：動態(tài)投射導航與ADAS警示，通過調(diào)節(jié)三組折疊鏡的軸向間距，實現(xiàn)虛像距離連續(xù)變焦。

空間與性能優(yōu)化

單PGU（圖像生成單元）集成：將雙光路集成于單一投影模塊，減少體積占用。

大范圍AR增強：遠場虛像可隨路況動態(tài)調(diào)節(jié)（如彎道投射至24米），提升信息與實景的融合精度。

Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器

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Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器是車載HUD 系統(tǒng)光性能測試專用光源。能精準模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控。

1.全光譜覆蓋：350nm-1100nm 光譜，貼近自然光權重

2.高動態(tài)亮度：2 米處 20,000-150,000Lux，滿足 HUD 亮度響應測試

3.強光抗擾驗證：直射模擬復現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

4.多場景適應：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

AR-HUD 系統(tǒng)的光性能測試和自然太陽光譜模擬，是保障其在復雜駕駛環(huán)境下穩(wěn)定、可靠顯示的關鍵技術手段。隨著汽車科技的不斷發(fā)展，Luminbox 全光譜準直型太陽光模擬器，以幫助AR-HUD 系統(tǒng)在實驗室內(nèi)進行太陽直射、光學干涉與動態(tài)光適應性等光學性能測試與驗證，推動技術持續(xù)進步，為駕駛員帶來更安全、舒適的駕駛體驗。