【所属领域】
光学应用-汽车辅助驾驶
【技术背景】
AR、VR技术已经广泛地应用到了汽车驾驶、军事、教育培训、电子游戏、工业生产以及医疗诊断等国民生活中各个领域。而在汽车辅助驾驶领域，AR技术最为典型的应用范例之一则是车载抬头显示系统。抬头显示系统（Head up display, HUD），也叫做平视显示系统。车载抬头显示系统可以将行车的重要信息如行驶速度、导航信息等通过显示系统投射到挡风玻璃上，再通过挡风玻璃反射给驾驶员，从而避免驾驶员在行车过程中频繁低头看仪表盘、导航仪或者车载屏幕等过程中造成的视野盲区。一般说来，仪表盘的形状、信息显示亮度、仪表颜色、显示内容理解难易程度、驾驶员心理、生理等因素都会对驾驶员的视认时间产生影响。对于抬头显示系统，需要驾驶员眼球在一定区域范围内移动时均能观察到清晰的虚像，同时高像质和紧凑的光学结构也是抬头显示光学系统的设计要求。
传统的车载抬头显示系统存在颜色单一、显示视场小、字符清晰度差、对比度低、尺寸较大的问题，而现有技术研究基本都是整体单元设计或者电路模块设计，而缺乏对其光学系统的研究。国外少量的相关杂质上发表了车载抬头显示光学系统的结构设计，但是为了避免由于不同车型的挡风玻璃不同而需要分别单独设计的问题，这些设计中，多半是将图像源投影到一个附加的光学表面上，而不是投影到挡风玻璃上，这样的设计结构相比于直接投影至挡风玻璃的设计结构会导致驾驶体验和安全性均有所降低。
【成果介绍】
本成果提出一种结构简单紧凑、体积小且像差校正良好的车载抬头显示光学系统，在汽车挡风玻璃前形成一个失真较小的虚像，以保证驾驶员能够在行驶道路上看到清晰的图像，从而消除驾驶员在路况和行车辅助信息之间眼球聚焦切换不同位置而造成的视觉盲区，提高驾驶员的驾驶体验和安全性。其核心技术是一种自由曲面离轴三反设计结构，该结构使用自由曲面反射镜矫正像差，平面反射镜折叠光路，同时自由曲面反射镜、平面反射镜与图像源位于同一水平平面上使光学结构紧凑、易于装调。自由曲面由于其极高的设计自由度可以在保证系统成像质量的同时保持光学系统的紧凑与轻量。
【专家介绍】
马冬林， 研究员，副教授。2010年获得国家留学基金委（CSC）资助，在美国三大光学中心之一的亚利桑那大学光学科学学院攻读光学工程硕士以及理学博士学位。博士期间，致力于照明工程、自由曲面光学设计、相关光学系统开发以及光学测试的研究，取得了丰硕成果，出色完成了多项科研项目，发表或已提交了多篇学术论文以及会议论文，相关工作获得了Laser Focus World等媒体的公开报导，同时先后开发了CGH干涉测量仪、全景内窥镜系统、显微镜、三维测量仪等多种光学系统。目前主要承担三方面的科研工作：第一，推动重大科学装置“南天光谱巡天望远镜”的立项和建设工作，以及核心关键技术的预研工作，该项目总建设预算预计将达12亿左右；第二，主导承担863项目激光专项系列子课题的研究工作，主要包括膜系稳定性、新型激光照明系统、钠导星激光发射装置等等；第三，主导承担“天琴计划”中的核心装置天琴望远镜的研制工作。
