摘要：采用德州儀器DLP技術，可實現具有增強現實功能的新一代高效全彩色大視野的汽車抬頭顯示（HUD）系統。DLP技術的獨特性使其能夠解決抬頭顯示系統的常見設計問題，包括管理極端環境和熱負荷，交付高亮度和高分辨率，以及實現動態調光功能。此外，基于DLP投影的架構可提供靈活的光學設計，從而創建虛擬大視野路面顯示，擴大駕駛員的視野并為駕駛員提供援助。本文簡要介紹了DLP固態照明操作以及DLP技術如何解決上述常見HUD設計難題。DLP技術可用于創建面向未來汽車抬頭顯示應用的先進解決方案。

　　引言

　　德州儀器DLP投影技術是一項被廣泛使用的成熟技術，用于多種顯示應用，包括：手持投影機、會議室和數字影院。DLP技術可滿足先進的HUD系統的需求。DLP電子系統可支持視頻處理和格式化，滿足需要圖形和視頻圖像的未來HUD系統的需求。高動態范圍LED控制系統的概念已被證明可提供在白晝和黑夜觀看的條件。此外，借助基于DLP技術的光學設計實施，相關人員可更加靈活地解決未來汽車HUD系統的光學設計難題、外形規格限制以及熱負荷管理等問題。

　　DLP電子系統概述

　　DLP汽車抬頭顯示系統的概念包含兩個子系統，即利用DLP控制器芯片的視頻處理和格式化子系統，以及利用Piccolo 微控制器（MCU）的LED控制系統。圖1展示了一個典型的DLP抬頭顯示系統應用。

　　圖1. 典型的DLP抬頭顯示系統應用

　　DLP HUD控制器負責接收和處理從外部顯示圖形處理器接收到的視頻和命令，它能夠接收24位并行視頻數據，其幀速率高達60Hz。所接收的視頻數據經過可編程圖像縮放、灰度、子圖像支持以及邊框調整因素等處理后，最終數字輸出給DMD，以呈現最終圖形顯示。此外，DLP HUD控制器還提供啟動紅色、綠色和藍色LED的頻閃信號，與DMD器件上正在顯示的數據保持同步，從而呈現高亮度、高度飽和色彩和具有極快顯示速率的高對比度圖形。

　　基于Piccolo MCU的LED控制系統負責精確控制整個工作溫度范圍以及紅色、綠色和藍色LED的老化范圍內的色彩和亮度。此外，它還支持高動態亮度的自然調光，適用于HUD應用的白天和夜間駕駛情況。

　　LED控制系統采用基于PWM滯后控制方法的光通量反饋方案。在連續模式（CM）中，整個輸出LED使能脈沖時段都以近直流電（DC）方式開啟LED光源，持續保持固定的光照水平。在斷續模式（DM）中，每個脈沖幅度由相同的滯后控制環路控制，但只能啟用已觸發的脈沖光源。DLP控制器可計量每個LED具體的脈沖數量。斷續模式在保證控制精度的同時，允許采用極低的輸出通量水平。

　　LED溫度升高和LED老化將導致要用更高的電流電平才能產生所需的光通量水平。當光通量控制環路達到所需的光通量水平之前就已達到最大的LED電流時，Piccolo MCU會感知到這種情況，并相應地按比例降低所有3個LED通量水平，直到所有LED返回到光通量反饋控制之下。通過這種方式，該系統可在LED的整個使用壽命提供最佳圖片，并實現終極亮度水平。

　　LED控制系統通過SPI總線輸入接收來自上行控制光源的亮度/調光控制命令。Piccolo解析LED控制系統的命令，如RGB LED振幅電平、連續或斷續模式，并通過專用I2C總線配置DLP控制器。

　　DLP電子系統基于汽車級元件，該元件可實現HUD系統操作所需的全部功能。該電子系統包括視頻處理和LED控制系統，支持適用于白天和夜間駕駛情況的高動態調光范圍。

　　高動態范圍LED控制系統概念

　　HUD應用對動態范圍要求非常高，在白天運行時支持的亮度要超過15000 cd/m^2，而在光線非常暗的夜間環境中，顯示圖形的亮度不能低于3 cd/m^2。HUD系統必須能夠在目標白點處保持全色深的圖形，并且動態范圍需超過5000:1。LED驅動器控制系統專為汽車HUD應用而開發，已經展示了全系列的功能。

　　采用Piccolo MCU的LED驅動器控制系統，可管理紅色、綠色和藍色LED調幅，保持正常的白點，并同步LED照明和DLP控制器。DLP控制器為DMD和相關的RGB LED使能信號提供高速數據。 LED驅動器控制電路選用的每個器件都能采用符合汽車標準的德州儀器Q1（專為汽車而設計）元件。

　　DLP投影系統采用脈寬調制（PWM）的紅、綠和藍光打造全色深圖形，在所用的標準PWM技術內集成并同步調光功能。

　　該系統采用基于LED光線輸出的光學滯后反饋，為了獲得更高的亮度，在位段內的時段采用連續反饋模式保持穩定狀態的振幅。該示例如圖2所示。連續模式反饋已經證明可在100:1調光范圍工作。

　　圖 2. 連續調光模式

　　該系統還采用了斷續模式反饋來生成少量脈沖光。 該技術可將動態范圍擴展至超過5000:1的比例。圖 3顯示了斷續模式光脈沖示例。

　　圖 3. 斷續調光模式

　　LED控制系統可采用連續和斷續操作模式，展示從15000 cd/m^2至低于3 cd/m^2的范圍內的自然調光。德州儀器概念系統中的已測數據如圖4所示。

　　圖4.德州儀器概念系統的已測白光

　　除了實現較大動態范圍外，還須保持白點。為了在德州儀器概念系統中實施，我們選擇D65為目標白點，D65是大部分高清電視（HDTV）所采用的標準。此白點的目標色度值為x=0.313、y=0.329。如圖5和6所示，動態范圍內的已測數據保持接近目標白點，離目標色度點的總偏差不小于+/- 0.01。

　　圖5. 德州儀器概念系統的已測白點

　　圖6. 動態范圍外的已測白點

　　綜上所述，所實施的LED驅動器控制系統基于汽車級元件，這些元件證明符合高動態范圍，可滿足白天和夜間觀看條件，同時能夠保持精確的白點控制。