在奔驰S级的带动下以及HUD产业链生态特别是当下国内产业链的快速发展，增强现实AR-HUD正在被各大主机厂所重视并积极量产：更大的FOV（10°*3°以上）、更大的虚拟屏幕尺寸（50寸以上），因此显示信息更丰富，结合更远的虚像距离（7.5米以上），从而具备更好的交互效果。除了奔驰、大众、奥迪等德系品牌外，国内的各大自主品牌几乎都有相应车型量产，有业内朋友表示，2024年开始，美系的通用、福特等车厂或也将上AR-HUD。
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AR-HUD进一步可以成为车载智能座舱的信息平台载体，成为人车互动的一个核心界面。而在整个AR-HUD市场蒸蒸日上之时，其实在量产中也还是有着许多问题点还未得到根本的解决。
一、从成像原理上看当下AR-HUD量产的痛点：
现有的AR-HUD还是PGU+自由曲面，是在早先W-HUD技术方案上的升华。很多技术难点被各大厂商优化到不会影响正常使用，但并没有真正地避免或消除。比如说：
体积问题：据相关报道，奔驰S级的AR-HUD虽然显示效果好，但其体积高达20L以上，一般车型很难从功能密集的仪表台上挤出如此大的空间去安装。好在经过各大厂商的优化，很多厂商将HUD整机尺寸缩小至10L左右，一般的B级车做出一定设计调整便可以腾出安装空间。10L或许已经很小，但实际上还是会挤占其他功能产品（如车载屏、车载空调）的布线安装，空间问题还是在设计上造成了整体成本的上升。
阳光倒灌问题：现有方案采用自由曲面对PGU的图像进行放大，由于光线的可逆性，很容易造成一个问题，那就是太阳光线等环境光会顺着光路反向汇集到PGU处，造成PGU处温度过高，从而损坏PGU。现有方案大多是对PGU本身的耐热/散热性能做一个提升，同时在光路设计上做一定优化。部分厂商还尝试采用过滤部分偏振光的原理来防止光线能量全部被收集到PGU中。
二、体积更小的方案-体全息光波导
在现有HUD中，整机体积之所以变得十几二十升，是由于AR-HUD的画面从W-HUD的十几二十寸上升至50寸以上。大的画面意味着光路需要更大的放大倍数，因此现有方案的二次放大光路的光路方案会变大，其中作为放大光路的不规则形状的自由曲面镜会变的更大。可以说在现有的HUD方案中，自由曲面使得整机尺寸难以缩小。
新思路-光波导替代自由曲面反射方案
因此替代自由曲面的新方案开始被各HUD厂商调研并尝试应用。目前来看，替代方案是光波导方案与全息膜方案，相对来说光波导的量产进展更快。
图片来源珑璟光电公众号
光波导的优势：光波导一般都是一块扁平形状的板状不仅仅是体积相较于自由曲面的二次反射方案更小。且规则的形状更有利于设计师们腾挪出仪表板内的空间。当下业内采用光波导方案的Digilens的AR-HUD样机据称可以做到5L，当然技术成熟之后有望做到更小。
光波导的难点：目前体全息光波导方案还没有正式应用到车载领域的量产案例。部分行业专家表示，这可能是受制于光波导方案的亮度问题（因此对光源会有一定要求）、色彩问题（目前业界实现彩色光波导的企业是少数）、光波导的大尺寸量产方案难题、整体光波导材料的车规级要求（耐高温、耐候）、以及量产稳定性与良率问题等等。
目前业内已经涌现了一大波正积极切入车载市场的光波导企业。比如说大陆投资合作的Digilens，国内的珑璟光电、苏大维格、三极光电、灵犀微光、耐德佳、至格、驭光等。
什么是光波导方案？
光波导总体上可分为几何光波导和衍射光波导两种，而衍射光波导又可以分为表面浮雕光栅波导与体全息光栅波导。目前车载领域主要应用的是体全息光波导方案。
全息光波导，简单来说，就是光波导+体全息光栅。在AR领域，各种玻璃板都可以作为光波导本体，体全息光栅是指用全息曝光干涉方式制造的衍射光栅。
通过贴附在光波导表面的体全息光栅，可以打破光波导本体全反射的界面规则，改变光信息传播的方向和能量，进而引导光信息从波导内部传输到人眼。通俗的说，全息光波导就是改变光信息传输方向的器件。其核心和难点在于出瞳处均匀的复制N次入射光瞳（姑且简单理解为入射投影仪出口尺寸），使出瞳面积（出光面积）大幅度增大，这种设计极大的优化了系统结构，使得AR光学成像系统体积急剧缩小，引起产业的瞩目。
全息光波导原理简图，图源三极光电
光波导企业三极光电认为：从具体情况来看，类似的参数标准，全息光波导可以把传统几何光学ARHUD包络体积缩小到五分之一到十分之一，极大的降低了HUD对汽车座舱体积的占用。此外，主要成像模块还可以标准化，同等指标可以节约其他车型的预研经费及研制周期。
同为光波导企业的珑璟光电表示：光波导凭借其平板光波导超薄的结构和二维扩瞳能力极大减小对光机体积的需求，是未来HUD发展的重要方向。
图源珑璟光电
光波导显示技术是一种可打破传统光学显示系统中拉赫不变量限制的新型显示技术，能够实现大视场角的同时，保证大的eye-box，且光学系统具有体积小和能量利用率高等特点，在AR智能眼镜及车载抬头显示AR-HUD等方面具有重大的市场应用前景。
三、光波导HUD案例
1、大陆×Digilens
2020年9月，全息波导显示技术创新企业DigiLens Inc.宣布推出其CrystalClear™增强现实（AR）抬头显示系统（HUD），拥有最高达15° x 5°的最大视场（FOV）、12000尼特亮度以及约5升体积的封装。DigiLens非常高兴能与汽车HUD市场领导者Continental AG合作开发CrystalClear™ AR HUD，并将该技术推向市场。
与当今市场上任何其他同类最佳HUD相比，这款设备的尺寸不到其三分之一。这款超紧凑AR HUD可以嵌入大多数仪表板中并使HUD图像显示到足够远，从而获得“一览无余”的扩展现实驾驶体验。
常规镜面式HUD和DMD式AR HUD通过真实世界辅助导航来支持安全性，但比DigiLens的波导HUD大得多。CrystalClear AR HUD采用DigiLens专有的光敏聚合材料，能通过光引擎实现更薄的多层波导，从而以最大效率从下方导引光线，以实现全HUD显示解决方案。
2、珑璟光电
珑璟光电经过深入的理论研究，取得了重要突破：提出了一套非全反射条件下等效光栅曝光技术，彻底摆脱了耦合棱镜的限制，基于该技术设计并实现了一套全自动化体全息光波导拼接曝光技术，实现了幅面为150mm×300mm的大幅面体全息光波导制造。
图3. 光波导及实际拍摄的显示效果
基于非全反射条件下的等效曝光技术，实现了基于全息感光膜材的卷对卷曝光技术，在一片全息感光膜材上可实现15片体全息光栅制作，通过后续自动化贴合技术可实现体全息光波导AR镜片的全自动化制造，极大提升生成效率降低成本。
另外，珑璟光电在全彩体全息光波导技术方面获得另一重要突破：实现单波长激光记录全彩体全息光波导制造技术。该技术的成果突破，可使用单个激光器以及与该波长感光的体全息感光材料，即可用于全彩体全息光波导的制造，从而可降低激光器成本，并且可规避由于体全息材料感光灵敏度不足，导致彩色体全息光波导无法实现的困局。
图4. 单波长激光记录全彩体全息光波导样品显示效果
珑璟光电的大幅面体全息光波导技术拥有完整的知识产权，现已申请了十余件发明专利，完成了理论研究、方案验证及样品试制流程，正在积极推进产品化落地。珑璟光电这一重大突破填补了国内大幅面体全息光波导技术研究的空白，对国内AR-HUD光波导方案的发展有着巨大的推动作用。
2022年9月15日，ADAYO华阳集团旗下全资子公司惠州市华阳多媒体电子有限公司（以下简称“华阳多媒体”） 与深圳珑璟光电科技有限公司（以下简称“珑璟光电”）在中国惠州举行了光波导AR-HUD技术开发战略合作协议签约仪式。
双方将本着优势互补、合作共赢的态度，充分发挥各自的资源和技术优势，携手加速光波导技术在车载抬头显示器（HUD）领域的应用，促进光波导技术与AR-HUD市场的深度融合，优化光波导AR-HUD行业生态体系，致力于为全球汽车制造商提供更具竞争力的光波导AR-HUD产品。
3、奥提赞光晶
4、三极光电
2021年6月，北汽集团技术规划与智能研究院联袂TCL华星光电中小尺寸市场与战略规划中心、TCL武汉华星光电研发中心相关负责人拜访了国内全息光波导企业三极光电科技，协力推进全息光波导ARHUD落地
三极光电部分全息投影效果
在此前数月的方案基础上，北汽集团、TCL华星光电、三极光电三方再次系统评估了全息光波导方案，并就商务和合作模式，产能规划及价格、二三级物料及可供应，质量要求及质量保障介绍、三方的协同分工等达成共识。
4、苏大维格
苏大维格基于自主研制的微纳光刻设备与平台，开发了用于AR-HUD的大幅面光波导模组，具备超薄、大视场、远虚像视距的显示效果。在20cm*20cm的波导表面加工约2*1011个纳米单元，数以千亿的纳米单元将光线进行无数次的弯折传导，并透射波导经挡风玻璃反射进入人眼，投影距离已大于15米。同时，波导模组配合光机，可极致压缩设备所占用的空间。
目前，苏大维格正积极与产业巨头合作对接AR-HUD的技术和产品应用。
AR-HUD显示效果
SVG AR-HUD 光波导模组
光波导在AR-HUD的应用中有着极大的优势，但量产确实还有大量的验证要走。那么，你认为光波导的量产之路还有多远呢？欢迎加群探讨
文章整理在于各企业公众号，网络报道，侵权删
参考资料：
| 时间安排 | 议题 | 拟邀请演讲嘉宾 |
| 08:45-09:00 | 欢迎致辞 | 艾邦创始人江耀贵 |
| 09:00-09:30 | 智能座舱时代的显示用户体验 | 一汽红旗 数智生态产品经理 李明徽 |
| 09:30-10:00 | Mini LED背光源技术在汽车显示屏上的应用 | 瀚达美 研发经理 曹俊威 |
| 10:00-10:30 | 茶歇 | |
| 10:30-11:00 | 车载Mini LED背光驱动芯片方案探讨-Lumissil络明芯 | Lumissil络明芯 应用部经理 邱维峰 |
| 11:00-11:30 | 浅析车载显示屏光学贴合技术与材料发展趋势（暂定） | 派乐玛 技术服务经理 李自华 |
| 11:30-12:00 | 创新显示技术在汽车驾驶舱的发展应用案例 | 海微科技 副总经理 汪杨刚 |
| 12:00-13:30 | 午餐 | |
| 13:30-14:00 | TFT基板在Micro-LED车载显示技术上的应用 | 天马显示研究院 技术规划专家 李傲文 |
| 14:00-14:30 | PLASMA等离子在车载及汽车电子的应用 | 晟鼎精密 经理 苏辉煌 |
| 14:30-15:00 | “可交互空中成像”技术在汽车智能座舱的应用介绍 | 东超科技 车载商务负责人 刘肖肖 |
| 15:00-15:30 | 康宁冷弯3D技术应用于智能座舱设计 | 康宁玻璃 业务发展总监 王剑波 |
| 15:30-16:00 | 茶歇 | |
| 16:00-16:30 | 探讨Mini.LED/OLED显示技术在车载屏幕产品上的应用 | 博泰车联网 研发副总监 徐海俊 |
| 16:30-17:00 | 智能座舱显示屏总成技术发展趋势与产品设计方案 | TPK产品开发与技术中心 中心长 陈世豪 |
| 17:00-17:30 | 皮下显示及透明显示产品在车载应用的可行性研究 | 启视洵睿（苏州）科技 技术经理 蔡凌云 |
| 17:30-18:00 | 创新显示技术在汽车智能驾驶舱的发展趋势 | |
| 18:00-18:30 | 圆桌会议：嘉宾和议题策划中 Mini/Micro LED等新型显示产品在车载的市场机遇与挑战； Mini/Micro LED等新型显示产品产业链的国产片进程； Mini/Micro LED等新型显示产品产品降成增效的技术路径； Mini/Micro LED等新型显示产品当下技术与良品率的挑战； |
主机厂OEM,一级供应商，材料或者设备专业供应商等完整的产业链专家 |
| 18:30-20:00 | 晚宴 | |
| 时间安排 | 议题 | 拟邀请演讲嘉宾 |
| 08:45-09:00 | 欢迎致辞 | 艾邦创始人江耀贵 |
| 09:00-09:30 | 汽车智能化趋势下HUD技术趋势及市场分析 | 佐思汽研 创始人 余杰 |
| 09:30-10:00 | HUD光学膜技术和应用 | 日久光学 总工程师 吕敬波 |
| 10:00-10:30 | 茶 歇 | |
| 10:30-11:00 | 基于整车开发流程的AR-HUD的技术平台的搭建 | 北汽研究院 褚恒 |
| 11:00-11:30 | HUD车载抬头显示胶带粘接方案 | 德莎 汽车胶粘剂应用专家 脱勇宁 |
| 11:30-12:00 | LBS，新一代PGU技术，开启HUD新时代 | 锐思华创 产品系统总监/上海分公司总经理 顾惠良 |
| 12:00-13:30 | 午 餐 | |
| 13:30-14:00 | 抬头显示器HUD创新应用案例介绍 | 知名LCoS方案HUD厂商 |
| 14:00-14:30 | 精密光学PVD镀膜工艺解决方案 | 广东汇成真空 项目经理 覃志伟 |
| 14:30-15:00 | 全电动创新成型技术在汽车行业应用案例 | 伊之密 全电动市场拓展总监 刘银 |
| 15:00-15:30 | 光场在HUD的应用介绍 | 泽景 前瞻研发总监 韩雨青 |
| 15:30-16:00 | AR-HUD光源解决方案和应用趋势 | 艾迈斯欧司朗 资深系统工程师 周健华 |
| 16:00-16:30 | 茶 歇 | |
| 16:30-17:00 | 精密光学赋能，助推AR-HUD产业发展 | 南阳利达光电 副总经理 刘维娜 |
| 17:00-17:30 | 以HUD视角看汽车智能化发展趋势及智能制造方案 | 艾特讯 技术研究院院长 董鹏 |
| 17:30-18:00 | 华阳AR-HUD的软硬件与算法介绍 | 华阳多媒体 HUD BU副总经理 刘鹏 |
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原文始发于微信公众号（智能汽车俱乐部）：AR-HUD下一代光学方案-光波导的量产还有多远？
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