抬頭顯示器（Head-Up Display，簡(jiǎn)稱(chēng)HUD）最早應(yīng)用于飛機(jī)上，幫助飛行員無(wú)需低頭即可獲取關(guān)鍵飛行信息。隨著汽車(chē)智能化和網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，HUD（抬頭顯示器）技術(shù)也被引入汽車(chē)行業(yè)，已成為提升駕駛安全性和便捷性的重要手段。據(jù)報(bào)告顯示，2024年上半年，HUD在乘用車(chē)市場(chǎng)的滲透率已顯著提升，尤其是在新能源汽車(chē)和高端車(chē)型中。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，HUD的滲透率將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

HUD原理

HUD將投影設(shè)備發(fā)出的光線以特定角度反射到擋風(fēng)玻璃上，形成清晰的虛擬圖像，極大地提高了駕駛過(guò)程中的信息獲取效率。而HUD自由曲面反射鏡，作為HUD系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，其性能直接決定了HUD的顯示效果和用戶(hù)體驗(yàn)。

HUD自由曲面反射鏡的核心作用在于解決前擋風(fēng)玻璃自由曲面造成的成像畫(huà)面畸變問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，HUD系統(tǒng)將車(chē)輛信息（如車(chē)速、導(dǎo)航路線等）通過(guò)投影單元（如LCOS、TFT-LCD、DLP或激光掃描投影等）生成與投射交通環(huán)境高度融合的虛擬圖像，例如行駛過(guò)程中的車(chē)道線貼合、前方障礙物/危險(xiǎn)物貼合、車(chē)道偏離預(yù)警與車(chē)道線貼合等，這些圖像光線經(jīng)過(guò)自由曲面反射鏡的反射，最終投射到擋風(fēng)玻璃上。這個(gè)過(guò)程中，自由曲面反射鏡的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，它需要與擋風(fēng)玻璃的曲率相匹配，消除由于擋風(fēng)玻璃曲面造成的圖像扭曲和重影，以確保圖像能夠準(zhǔn)確、清晰地呈現(xiàn)在駕駛員的視線中。

大尺寸HUD自由曲面反射鏡更是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大顯示區(qū)域，使得信息展示更加全面和直觀，為駕駛者提供了更加寬廣清晰的視野。然而，這也意味著加工難度的顯著增加。

技術(shù)難點(diǎn)

· 高精度微納加工

HUD反射鏡的成像精度直接影響HUD圖像的清晰度和畸變程度，對(duì)于加工精度要求極高，需達(dá)到微米甚至納米級(jí)別。由于反射鏡的曲率半徑大且造型復(fù)雜，傳統(tǒng)的加工方法難以滿足要求。因此，必須采用先進(jìn)的精密加工技術(shù)和精密的儀器設(shè)備，嚴(yán)格控制材料選擇、光學(xué)指標(biāo)控制、表面鍍膜等環(huán)節(jié)，以確保鏡面的形狀和表面質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。例如，某些高品質(zhì)HUD反射鏡需選用特種高分子材料，更能夠滿足高面型精度、高反射率以及良好的耐候性能。對(duì)于大尺寸自由曲面反射鏡而言，曲面精度的控制更為困難。在加工過(guò)程中，微小的誤差都可能導(dǎo)致整個(gè)曲面的扭曲或變形，進(jìn)而影響圖像質(zhì)量，需要采用高精度的測(cè)量和檢測(cè)技術(shù)，如干涉儀、輪廓儀等，對(duì)反射鏡的曲面進(jìn)行精確測(cè)量和校準(zhǔn)。此外，自由曲面的設(shè)計(jì)是HUD技術(shù)的核心之一。大尺寸HUD反射鏡自由曲面設(shè)計(jì)和優(yōu)化也是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，需要進(jìn)行大量的計(jì)算和模擬，不斷迭代和改進(jìn)，以滿足日益提高的駕駛需求。需要技術(shù)人員具備高度專(zhuān)業(yè)的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)。

·先進(jìn)表面處理

反射鏡的表面處理工藝也是影響HUD性能的關(guān)鍵因素之一。為了獲得高反射率和良好的性能滿足應(yīng)用場(chǎng)景需求，反射鏡表面需要覆上特殊膜系，大尺寸HUD反射鏡的表面處理工藝則更加復(fù)雜和困難。在表面處理過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制鍍膜環(huán)境的溫度、濕度和潔凈度等參數(shù)，控制膜層的牢固性、熱應(yīng)力、化學(xué)穩(wěn)定性，以確保膜層的均勻性和一致性。此外，還需要對(duì)膜層進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試和評(píng)估，如高溫、低溫、冷熱沖擊、熱濕度循環(huán)、凝露測(cè)試、太陽(yáng)光照射等以確保其滿足各種場(chǎng)景。

應(yīng)用

盡管大尺寸HUD自由曲面反射鏡的加工難點(diǎn)重重，但其廣闊的應(yīng)用前景仍吸引了眾多關(guān)注和投入。高工智能汽車(chē)研究院監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，今年上半年中國(guó)市場(chǎng)乘用車(chē)前裝標(biāo)配搭載W/AR HUD交付135.56萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)45.82%，全年搭載率將超過(guò)300萬(wàn)輛。其中，AR-HUD上半年實(shí)現(xiàn)標(biāo)配交付34.81萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)超五倍，保持超高增速勢(shì)頭；整體市場(chǎng)交付占比突破25%，遠(yuǎn)高于上年同期的6.31%。

當(dāng)前，AR-HUD系統(tǒng)在向更高性能、更智能化方向快速發(fā)展，滲透率逐漸提升，大尺寸HUD自由曲面反射鏡廣泛應(yīng)用于多種車(chē)型并逐漸成為提升汽車(chē)駕駛體驗(yàn)和安全性的重要裝備。它不僅能夠?yàn)轳{駛者提供更加寬廣和清晰的視野，還將集成更多智能功能，進(jìn)一步提升駕駛的便捷性和安全性，

未來(lái)，隨著汽車(chē)智能化和網(wǎng)聯(lián)化的不斷發(fā)展，大尺寸HUD自由曲面鏡或?qū)⒊蔀槲磥?lái)汽車(chē)的重要趨勢(shì)之一。

富蘭光學(xué)

富蘭光學(xué)作為國(guó)內(nèi)較早布局HUD反射鏡的光學(xué)零部件制造企業(yè)，擁有自由曲面微納加工技術(shù)、先進(jìn)表面處理工藝及豐富量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)生產(chǎn)注塑HUD反射鏡及玻璃HUD反射鏡，產(chǎn)品加工口徑達(dá)1000mm，在業(yè)內(nèi)以高精度和高指標(biāo)著稱(chēng)。富蘭光學(xué)可確保每一片反射鏡都能達(dá)到微納米級(jí)表面精度和優(yōu)異的反射率，可以有效減少光損失，確保投影圖像的清晰度和準(zhǔn)確性，助力實(shí)現(xiàn)實(shí)景環(huán)境與虛擬信息融合。

同時(shí)，富蘭光學(xué)注重產(chǎn)品的耐候性能，獲得IATF16949等多項(xiàng)認(rèn)證，采用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)鍍膜技術(shù)反射鏡能夠在高溫、低溫、潮濕等惡劣環(huán)境下能保持穩(wěn)定的性能。

富蘭光學(xué)根據(jù)不同車(chē)的擋風(fēng)玻璃的厚度和曲率做定制化開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，為國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)提供適配方案，已開(kāi)發(fā)超600款HUD項(xiàng)目。自2021年起，富蘭光學(xué)AR-HUD自由曲面鏡陸續(xù)導(dǎo)入大量產(chǎn)，裝配于多款熱門(mén)車(chē)型。