重影是HUD普遍存在的显示现象，它会极大地影响观看体验。本期我们将介绍重影产生的原理以及消除重影的常用方法。
重影的产生
HUD将挡风玻璃作为虚拟图像和真实场景的结合器，来自HUD的光线会经由挡风玻璃反射至人眼，使驾驶员能够看到投影的虚像。挡风玻璃存在一定的厚度，也就是说，它有两个表面。当光机中的一束光线以斜角入射时，因空气和玻璃介质折射率的不同，光线会在挡风玻璃的第一表面分别发生反射和折射；而折射后的光线在触达玻璃第二表面之后，会继续发生反射和折射[1]。
由此，同一束入射光线通常会在挡风玻璃的第一、第二表面上发生两次反射，而这两次的反射光线并不会完全重合，两者会以错开的形式到达人眼；如图(1)所示，内外两层玻璃分别反射的光线同时入眼，形成两个内容相同、位置错开的图像[2]。由挡风玻璃第一表面反射的图像是我们需要的主图像，而由第二表面反射的图像就是人们通常说的重影。通常重影的亮度相较于主图像更低，主图像和重影图像之间的间距（单位为毫米）或该间距对人眼的张角（单位为′或者mrad）可用于评价重影[3]。
重影的存在不仅会降低成像质量，而且还会给观看者带来眩晕感，影响驾驶者的行车体验。
图 (1).普通挡风玻璃上HUD重影的产生（非实际比例绘制）
楔形PVB膜消除重影
针对重影这一问题，目前常见的解决方法是改变风挡中PVB膜的形状及厚度。
挡风玻璃的构造是“三明治”结构，即两层玻璃中间夹着一层PVB膜，PVB膜的主要作用为提高玻璃的抗冲击强度，使玻璃破碎时碎片不飞溅，从而增强风挡的安全性[4]。
普通风挡的PVB薄膜通常为上下统一、均匀的厚度，如图(1)。市面上最常见的消除重影的方法，是将这层PVB膜改装成楔形：从传统的“等厚”，改为“上厚下薄”，呈现出一个立体的楔形角[5]。
“上厚下薄”导致了楔形PVB膜的一个独特功能：由于楔形角的存在，整个三明治结构的挡风玻璃整体也呈现“上厚下薄”。也就是说，经过玻璃第一表面折射后的光线在触达风挡玻璃第二表面后，反射高度及角度也随之改变，使得入射光线在第一以及第二表面所形成的两个虚像进行重合，从而减弱重影现象（见图(2)）[5]。
图 (2).利用楔形PVB膜减弱HUD重影（非实际比例绘制）
楔形膜可以让驾驶员观察到清晰的图像，有效解决重影问题，但该方法也存在一些缺点。首先，楔形膜需要根据每款配置HUD的车型设计，原因在于楔形膜角度与光线入射角度及虚像投影距离（VID）等因素相关，需同时考虑安装位置、HUD光路及风挡造型设计楔形PVB膜夹层[6]。其次，重影的完全消除需要精确的光学和楔形角实现，但考虑到实际生产中的挡风玻璃、楔形膜、HUD、及设备安装的累计公差，重影和主图像无法实现完全重合，特别是在偏离眼盒中心位置的观察角度下。所以即使加了楔形膜，在评价最终成像时，仍然能够检测到一定程度的重影[7]。由此，行业里通常仍会用重影率对HUD进行考核评估，将其控制在一个合理的数值之下。最后，定制化的楔形PVB膜成本也较高，现阶段楔形膜主要运用于乘用车中。对于其他车型，如商用车及轨道交通等，楔形膜的成本会成倍上升，限制了HUD的拓展及应用[7]。
除了楔形PVB膜之外，市面上也随之诞生了其他新型消除重影的方式，我们将在下期进行介绍。
#参考来源：
[1]Born and Wolf. (1959). "Principles of Optics". New York, NY: Pergamon Press INC.
[2]Gao Lei. (2014). "Introductionof Head Up Display (HUD)". China Terminology, 16(zk1): 19-21.
[3]Huang Xingzhou. (2019). "Research on optical module technology of vehicle head-up display system". Chengdu: Institute of Optoelectronic Technology, Chinese Academy of Sciences.
[4]Feng Haigang, Li Lin. (2005). "The history and development prospect of polyvinyl butyral (PVB) film". Foreign Plastics, 23(10): 42-43.
[5]Wang Hu, Quan Yangke, Guo Hongling, et al. (2008). "Research on the identification method of automobile windshield". Criminal Technology, 2008 (2): 6.
[6]Derlofske, John Van, et al. (2019). "Invited Paper: New Optical Films for Next Generation AR Head Up Displays (HUDs)". SID Symposium Digest of Technical Papers. Vol. 50. No. 1.
[7]Van Derlofske J, Pankratz S, Franey E. (2020). "New film technologies to address limitations in vehicle display ecosystems". Journal of the Society for Information Display, 28(12): 917-925.
The original text originates from WeChat official account (ReaVis):重影及其解决方案（上）
长按识别二维码，加入群聊
Welcome to join us.艾邦HUD通讯录，目前有2500人，包含各大HUD厂商以及主机厂负责人均已经加入，可以通过点击下方关键词查看
OEM Autonomous Driving (V2X) HUD厂商 HUD初创 TFT影像源 DLP光机 MEMSLSP chip 电子元器件 light source LCD auto parts circuit board 玻璃透镜 光学镜面 光学镀膜 光学镀膜设备 optical design 光波导 匀光片 Light diffusion film 高性能塑料 film 功能涂料 吸光材料 散热方案 贴合胶带 glue adhesive 挡风玻璃 楔形膜 传动机构 AR生成器 AR导航 测试软件 Cutting machine Laser equipment Testing Equipment equipment other
Download:
English 
Chinese