引言：

据悉，2020 年 86 款新车共 17 款装配 HUD，渗透率达 19.77%。其中有 13 款为SUV，另有 1 款轿车、3 款 MPV 配置 HUD。

近两年出现了AR（增强现实）新技术，让汽车HUD技术如虎添翼。与传统的HUD相比，AR-HUD显示的范围更大，距离更远，前者只是投射并显示信息，后者则需要和辅助驾驶系统深度整合，以实现更高级的效果和功能，更满足用户的真正需求。AR-HUD 是行业发展核心趋势，基于核心镀膜工艺，价值量较高，目前大众 MEB ID.3、奔驰 S、奇瑞高端车型应用 AR-HUD。

国内HUD市场规模在2020年进入快速增长期核心因素在于：

1）WHUD成像镜成本下降带动渗透率上升，自主品牌为重要突破口。HUD国内装机率较低的瓶颈原因在于汽车前挡风玻璃（HUD成像专用）成本难以控制，随相应技术突破专利到期，量产规模扩大带动前挡风玻璃成本下将超1000元，低端车型尤其是自主品牌搭载率迅速上升，HUD市场规模扩张进入窗口期。

2）AR技术发展及ADAS普及助力产销规模扩大，乘用车整体配置成为趋势。随智能化发展，ADAS辅助驾驶成为未来趋势，高安全标准提高HUD装配必要性。未来HUD将有望普及至包括豪华、合资及自主在内的所有主流乘用车。

3）ARHUD替代WHUD，带来更高单车价值量。ARHUD适配ADAS功能，提供更全面信息显示。

1.  未来HUD或将过渡到AR-HUD

新的技术进步（包括更广的视角(FOV)、增强现实技术、更高的对比度和更高的分辨率）将会使HUD的使用体验有更大幅度的提升。未来HUD技术将加深与辅助驾驶系统的融合，成为自动驾驶中重要技术组成部分。

HUD 将会与汽车系统相结合以显示更多的信息，包括车外的天气状况、车载自动诊断（OBD）信息、目的地搜索以及 app 服务内容。

与传统的HUD相比，AR-HUD显示的范围更大，距离更远，前者只是投射并显示信息，后者则需要和辅助驾驶系统深度整合，以实现更高级的效果和功能，更满足用户的真正需求。

具体而言，通过与LDW车道偏离报警系统以及ACC自适应巡航等辅助驾驶系统结合，AR-HUD会将报警信息以虚拟图像的方式呈递给驾驶员。所以，AR-HUD也是自动驾驶应用初期的一种必备技术，在未来的自动驾驶方面会被广泛应用。

目前，主流汽车零部件企业都在加大AR-HUD的技术投入和商业化落地

包括大陆集团、哈曼、LG、松下、伟世通、华阳集团和Wayray等都曾在这项技术上展示过自己的产品。2018年百度世界大会现场，搭载AR-HUD的起亚汽车为观众和媒体提供试乘，并获得了大量好评。

小度车载OS的AR-HUD将百度AR技术和HUD技术完美融合，打造出了“1+1＞2”的导航体验。AR-HUD中的车道线完美贴合实景路面，当车道出现偏离时能够实时预警。

当前方出现车辆时，AR-HUD也会安全呈现，不遮挡视线。同时，小度车载OS搭载的AR-HUD依托百度高精度定位、权威地图信息、大数据和AI技术的加持、以及百度地图超过5亿的用户出行大数据，能够实现精准的导航定位。按照目前全球各大零部件企业和主机厂的车型规划，搭载初级AR技术的HUD抬头显示玻璃有望在2020年进入真正前装量产元年。

售价方面，搭载大屏AR-HUD科技的玻璃价格不菲。HUD的技术储备相对成熟，在近几年的CES展上可以看到AR HUD的展示，因为成本控制原因以及实际应用场景等问题，很多汽车厂商还都处于保留或观望态度。

2. 新一代奔驰S级和大众ID.3也将搭载AR HUD

真正安全且不会疲劳的HUD必须是宽视角，VID超过5米的AR-HUD，基于核心镀膜工艺，价值量较高，只有AR-HUD才具备实用价值。目前大众 MEB ID.3、奔驰 S、奇瑞高端车型应用 AR-HUD。

有海外媒体曝光了全新一代奔驰S级的预告视频，展示了视觉效果非常酷的增强现实平视显示器（AR-HUD），这是全液晶仪表盘之外的有趣显示界面。

从预告视频来看，全新奔驰S级的车机系统生成的时速、导航等重要的行车信息，投影到驾驶员前面的挡风玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息。

我们还能看到箭头图像标注拐弯方向提示，并且浮动方格旗将悬停在您标记为目的地。这台AR-HUD系统，可以辅助显示前方十米远的距离，配合该车搭载的驾驶辅助系统和导航信息，能够为驾驶员减少行车中的信息干扰。

与中控屏和3D仪表盘紧密结合功能，它能够带来更加真实、直观的驾驶和导航体验，而且随着技术的升级，整个77英寸大的前挡风玻璃都可以成为“AR增强现实HUD”的用武之地。

据了解，AR-HUD形成图像的组成单元由1.3毫米的高分辨率矩阵组成。另外，独立反射镜和高效的光源与电影院的投影机是同样的技术原理。

奔驰官方将于8月12日重点展示全新S级的豪华内饰，随后在9月2日正式发布。

据悉，还未国内上市的大众ID.3也将搭载AR HUD。ID.3的AR HUD除了可以显示基础信息包括车速、主动安全功能以及导航信息等之外，在设置导航后还有路径指引辅助线，并且在转弯时也有提示。另外，当到达导航设置目的地时，在AR HUD上也会有图标显示。在打开ACC自适应巡航功能后，它也会自动标注出前车。

ID.3作为大众全新电动车战略的首款车型，成为首次应用该技术的量产车。新车预计将在今年下半年正式上市， AR HUD功能将很有可能作为选装配置出现。

售价方面，根据欧洲首发版本提供了三个型号ID.3 1ST、ID.3 1ST Plus和ID.3 1ST Max的售价依次为37350、43650和47950欧元，依据最新汇率折合人民币分别约29.8、34.88、38.31万元。

3. 全息投影技术助推AR-HUD导航上路

伴随行业发展，AR增强现实被视为下一代计算交互平台,下一个三十年的科技文明,备受全球瞩目,而AR光学是其中最基础最核心的部件,整个硬件系统都围绕的AR光学展开,全息衍射光学被认为是AR光学的未来。

由于传统仪表在调节时间，下看角度方面表现最差，容易导致眼睛疲劳，AR HUD各项性能都是最佳，但缺点是体积最大，典型AR HUD体积8-15升，而IP HOE HUD体积只有1升，通过光波导技术有助于缩小AR HUD的体积。

图片来源：佐思汽车研究

HOE即全息膜技术有一个独特之处，可以将整个挡风玻璃做投影屏，传统的需要多次反射或光波导，HOE可以像投影机那样直接投影，这称之为IP（In Plane），这种方法有助于进一步缩小AR HUD体积，显示更多内容，更广视角。

全息光波导（Holographicwaveguide）则是使用全息光学元件（HOE）实现虚拟图像的引导，全息光学元件是通过双光束激光全息曝光的方式，直接在微米级光聚合物薄膜内干涉形成纳米级的光栅结构，因此在工艺上，全息光波导更加高效，成本较其他光波导技术也具有明显优势。

另外值得一说的是，AR显示要尽可能的保证外界真实场景的特征，例如外景的清晰度，畸变，以及亮度不受波导的影响，在这一点上，全息光波导由于HOE的高透明，高衍射效率特点，较阵列波导具有明显优势，且不易产生鬼像。

伴随行业发展，HOE技术也逐渐得到突破应用，目前国内做的比较好的比如三极光电科技(苏州)有限公司在HOE以及全息光波导研发制造技术拥有数十年的经验,具有极雄厚的研发工艺沉淀。并在今年的7月底成功达到7K级的量产规模。

谈到三极光电科技对核心工艺上的布局，CEO袁俊旗说，全息光波导和阵列光波导以及其他技术方案的光学模组比较，优势很明显，但是技术瓶颈也更多，主要有模拟设计，材料，以及工艺制备这三个方面。市面上的现有的光学软件，例如Zemax，Code V以及一些非序列的设计软件LightTools，Optisworks对于几何光学都能很好的胜任。

但是其无法很好的对全息衍射波导进行有效的模拟，因为里面有很多次的光线折转，因此我们公司编写了相应的光学追迹程序，适合于波导的特点，用于二维全息光波导的光线模拟和效率优化，国际上的全息光波导大公司也都是如此，例如英国BAE，美国DigiLens。

材料主要是指HOE中的感光材料，对于全息光波导，需要其制造前后的低收缩比，高效率以及高均匀性，目前我们使用的材料已经相当稳定，已经大量用于全息波导的加工。

工艺方面，如前所述，更多的是需要全息技术的制造光路以及曝光经验，它和使用的材料非常相关，而且它绝对是核心技术之一，我们能够制造出二维全息光波导，已经在这方面领先其他研究单位。

三极光电全息光波导光线追迹

全息光波导正是采用全息技术，因而其综合性能还有很大的提升空间，如视场角、色彩、运动盒、适眼距等关键指数，可以随着材料的特性、制造光路的升级、工艺技术制备等大幅度改进而得以提升，在不增加系统复杂度的条件下，这点和其他显示方案例如自由曲面，棱镜以及阵列波导有着无与伦比的优势。

DigiLens正在研发的波导模组，表明其可提供双眼150度的视场角，事实上利用全息技术的优势，目前我们也在彩色和视场角领域发力，且已经研发出双色的全息波导，显示的虚拟图像更加真实。

此外，全息光波导作为核心元件，除了头戴显示，飞机以及汽车的平显也是一个重要的应用领域，当前也正在与国内一些单位合作开展了全息波导抬头显示器的预研工作（HUD）。

三极光电光瞳扩展全息光波导

三极光电目前已经率先研制出一维波导、二维扩瞳全息波、彩色全息波导、85度超大视场角视网膜投影HOE、超大面积全息波导等产品,成像清晰,处于国内全息光波导领先地位,综合性能超过某些国际知名公司。

三极光电科技体全息光波导成像图

三极光电CEO袁俊旗也将出席2020汽车抬头显示HUD前瞻技术展示交流会并进行主题演讲：《全球光波导技术路径及AR-HUD上的可行的量产性光波导方案优劣》

另外据《EE Times》报道成立于2009年的苏格兰新创公司Ceres Holographics开发了一种数字后期制作(digital mastering)技术，并声称搭配其全像光学组件(Holographic Optical Elements；HOE)，可望成为汽车OEM和Tier-1实现1980年代以来梦寐以求的HUD设计关键。

在全息投影创新方面，Ceres之所以不同于竞争对手之处有二。首先是其多年在优化无毒全像薄膜材料方面的经验，其次则是Ceres在数字后制打印技术方面的创新。

Ceres打算分两阶段将其HOE技术推广到两种不同的产品应用。首先是基于简单投影机的“透明显示”(Transparent Display；TD)；其次则将会是支持先进投影机的“扩增实境”抬头显示(AR-HUD)应用。对于这两种产品，Travers告诉《EE Times》，已经有OEM和Tier-1厂商对其技术进行测试中，其中有些已在最终测试阶段了。Travers预计采用TD技术的车型将在2022或2023年开始生产，而在那之后的一年则将投产搭载AR-HUD技术的车辆。

Travers指出，全息投影的另一个重要方面是其“实际捕捉光作用”的能力。他说：“您可以制作一个镜头或镜像的全息投影，然后基本上就可以在非常薄的全像薄膜上捕捉该光学功能。”这是Ceres赋予其全像光学组件的功能。该公司开发了一种方法来捕捉光学功能，再以数字后制到全像薄膜上。

材料创新

让我们从全像薄膜材料开始谈起。

Ceres开发的许多HOE都利用了最初由InPhase Technologies开发的新型无毒光敏聚合物薄膜材料。InPhase Technologies在2000年从Bell Labs分拆而出，致力于开发全息投影数据储存解决方案。

数字后制技术创新

除了全像薄膜材料，Ceres还发明数字后制打印技术，从而使其脱颖而出。
Bouhamri说：“我们相信[Ceres]是目前唯一使用数字方式复制全息投影而进行生产的，而且他们也自行制造设备。这可能让他们比竞争对手更具优势。”

那么，什么是“数字后制”(digital mastering)？Ceres称此过程为“后期制作”(mastering)，因为它有点像是录音。在录音时，乐器或声带产生的振动会被加以编码，以便日后可在无需原始振动源的情况下重制。全像技术也是一种能够记录光场且可在随后没有原始光场的情况下进行重建。

在开发数字控制的后制过程中，Ceres为其基于Bayfol HX光敏聚合物的全像打印机进行了优化，Ceres自2009年起开始使用，并对其进行表征和优化。

Ceres的数字后制打印机可以产生大幅的全息投影，其中由许多250mm2的全息投影“画素”组成。Travers提醒说，和电视画素不同的是，这里的每个画素都是“可编程的”，以便可在RGB中产生任意光场。同样地，参考光束的角度也是可编程的。透过此后制过程，Ceres可以数字化指定和编程任意光功能(例如不同类型的镜像和透镜)，使其成为软性薄膜。

有了这些进步，Bouhamri认为，全息投影不再是一种难以捉摸的技术。他说，过去几年已经建立了“一条足以让人可大量制造的道路”。

Bouhamri指出，“大规模制造能力”正是全息投影技术用于AR和HUD的主要问题。但是，由于“全像领域业界长期不懈地努力”，他预期全像元素很快就能设计成几种商用化产品。

未来的挑战

Ceres已经开发了一套基于DSP的LED展示系统，其中就使用了该公司的平面全像光学组件。

数字后制的平面HOE可实现透明显示。（来源：Cree）

Ceres的技术可在Bayfol光敏聚合物中产生精确的HOE。Ceres表示，该公司的HOE采用自家的数字设计和后制技术，“为汽车和消费应用提供了新一代的高性能透明显示器”。

但是，鉴于Ceres计划分两个阶段开发TD和AR-HUD，该公司预期将面对哪些尚待克服的挑战？

Travers说：“针对TD，我们的主要OEM告诉我们，将玻璃层压到挡风玻璃上仍然是唯一的挑战。而针对AR-HUD，层压更加困难，而且相对于温控雷射二极管的照明更是一大障碍。”