В последние десятилетия автомобильная промышленность сделала значительный рывок в направлении повышения безопасности и комфорта вождения. Одним из технологических решений, получивших широкое распространение в современных автомобилях, стал проекционный дисплей (Head-up Display, HUD). Эта система позволяет отображать важную информацию — скорость, навигационные подсказки, предупреждения систем помощи водителю — непосредственно в поле зрения водителя.
Благодаря этому водитель может следить за дорогой, не отвлекаясь на приборную панель. В данной статье рассмотрим принцип работы проекционного дисплея, его конструктивные особенности, а также выясним, почему для корректной проекции требуется специальное лобовое стекло.
Технология Head-up Display изначально была разработана для нужд авиации. Первые проекционные системы появились ещё в 1950-х годах и использовались в военных истребителях для отображения критически важной информации — таких как курс, высота, цели — прямо перед глазами пилота. Позже HUD-системы нашли применение и в гражданской авиации.
В автомобильной индустрии первые попытки внедрения подобных решений относятся к 1980-м годам. Одним из первых серийных автомобилей с HUD был Oldsmobile Cutlass Supreme (1988 г.). Однако широкое распространение эта технология получила лишь в XXI веке, с развитием цифровых дисплеев, светодиодных источников света и камерных систем.
Проекционный дисплей представляет собой устройство визуализации информации, используемое в различных автомобильных системах. Его основное назначение — вывод данных прямо в поле зрения водителя, посредством проекции изображения на внутреннюю поверхность лобового стекла. При этом водителю не требуется значительно отклонять взгляд от дороги, что улучшает безопасность движения. В международной практике такие устройства известны под термином Head-up Display, что в дословном переводе означает «голова вверх», подчеркивая удобство получения информации без необходимости опускать голову.
Визуальный эффект, создаваемый проекционным дисплеем, заключается в том, что отображение выглядит так, словно оно располагается на расстоянии примерно 2…2,5 метра впереди водителя — как бы над капотом, а не непосредственно на стекле (рис. 1). Это достигается благодаря особой конфигурации оптической схемы и применению специально разработанного лобового стекла.
Рис. 1. Проекционный дисплей: 1 — виртуальное изображение; 2 — подвижное зеркало; 3 — источник света проекционного дисплея; 4 — дисплей высокого разрешения; 5 — блок управления проекции; 6 — неподвижное зеркало
Формирование изображения осуществляется при помощи прозрачной TFT-матрицы с высокой плотностью пикселей, состоящей из тонкопленочных транзисторов. Сильный источник света 3, в состав которого входят 15 светодиодов, просвечивает эту матрицу, аналогично работе традиционного диапроектора. Далее световой поток отражается от двух зеркал — одно из них (зеркало 6) закреплено неподвижно, а второе (зеркало 2) может изменять свое положение, позволяя водителю настраивать высоту отображения под собственный рост и положение кресла. Геометрия зеркал тщательно подобрана для устранения искажений, вызванных изогнутой формой стекла.
Ключевым элементом всей оптической конструкции является лобовое стекло. Оно не только выполняет роль проекционного экрана, но и служит полупрозрачным зеркалом, формирующим окончательное изображение. Однако для достижения однородной и четкой проекции требуется стекло со специальной оптической конфигурацией, поскольку обычное автомобильное стекло вызывает раздвоение изображения, раздражающее зрение водителя. Поэтому для таких систем применяется специально изготовленное стекло (рис. 2).
Рис. 2. Лобовое стекло для автомобилей с проекционным дисплеем: а — обычное стекло; б — стекло для автомобилей с проекционным дисплеем; 1 — плоские слои стекла; 2 — полимерная пленка
Главное отличие специализированного стекла заключается в строении межслойной полимерной пленки 2: она имеет клиновидную форму, то есть её толщина по вертикали изменяется — сверху она немного толще, чем снизу. В результате наружный и внутренний стеклянные слои становятся чуть не параллельными, и лучи света, отражающиеся от каждой поверхности, создают изображения, которые благодаря сдвигу совмещаются в одно. Таким образом устраняется визуальное раздвоение проекции, что делает изображение целостным и легко читаемым.
Проецируемые данные формируются на основании анализа изображения, поступающего с фронтальной камеры, установленной в передней части транспортного средства. Обработка полученной информации осуществляется программным модулем, способным распознавать дорожную обстановку и генерировать соответствующие визуальные сигналы.
За адаптацию яркости изображения отвечает блок управления 5, получающий информацию о внешнем освещении с помощью комбинированного датчика, регистрирующего как интенсивность света, так и наличие дождя. Это позволяет изменять интенсивность свечения дисплея в зависимости от времени суток и погодных условий. Кроме того, водитель может вручную настроить уровень яркости под свои предпочтения.
Рис. 3. Примеры отображения индикации на проекционном дисплее: а — текущая скорость и отображение действующих знаков ограничения скорости с дополнительными табличками; б — текущая скорость и необходимость доливки масла; в — текущая скорость и предупреждение ассистента ночного видения о наличии пешехода
Система проекционного отображения предоставляет водителю разнообразную визуальную информацию, в числе которой:
- индикация текущей скорости движения транспортного средства;
- вывод направлений от навигационной системы;
- статус работы круиз-контроля и активность ассистента удержания в полосе;
- распознавание и визуализация дорожных знаков с учетом дополнительных поясняющих табличек;
- сигнальные символы красного цвета, информирующие, например, о необходимости доливки моторного масла;
- оповещения от системы ночного видения о приближении пешеходов или других объектов.
Таким образом, проекционный дисплей служит не только удобным интерфейсом вывода критически важной информации, но и значительно повышает уровень безопасности, минимизируя отвлечение водителя от дороги за счет прямой проекции в его поле зрения.
Интересные факты:
- В автомобилях премиум-класса HUD может быть цветным, адаптивным и даже трёхмерным, с возможностью отображения дополненной реальности.
- Некоторые модели BMW, Audi и Mercedes используют лобовые стёкла с лазерной гравировкой для улучшения чёткости изображения.
- Проекционные дисплеи не ограничиваются лобовым стеклом: в некоторых мотоциклах информация может выводиться прямо на визор шлема.
- HUD-системы могут быть синхронизированы с системами распознавания дорожных знаков, показывая, к примеру, запрет на обгон или ограничение скорости в режиме реального времени.
- Некоторые сторонние компании выпускают портативные проекционные модули, устанавливаемые на торпедо и подключаемые к смартфону через Bluetooth.
Проекционные дисплеи — это не просто модная инновация, а важный элемент современных систем помощи водителю, направленный на повышение безопасности и снижение утомляемости. Благодаря продуманной оптической конструкции, использованию TFT-матриц, адаптивной регулировке яркости и специализированному лобовому стеклу, HUD-системы обеспечивают водителю доступ к необходимой информации, не отвлекая его от дороги. С дальнейшим развитием технологий ожидается, что проекционные дисплеи станут стандартом даже в автомобилях среднего класса, а их функциональность — ещё более расширенной и «умной».
