【所屬領域】
光學應用
【技術背景】
AR、VR技術已經廣泛地應用到了汽車駕駛、軍事、教育培訓、電子游戲、工業(yè)生產以及醫(yī)療診斷等國民生活中各個領域。而在汽車輔助駕駛領域，AR技術最為典型的應用范例之一則是車載抬頭顯示系統(tǒng)。抬頭顯示系統(tǒng)（Head up display, HUD），也叫做平視顯示系統(tǒng)。車載抬頭顯示系統(tǒng)可以將行車的重要信息如行駛速度、導航信息等通過顯示系統(tǒng)投射到擋風玻璃上，再通過擋風玻璃反射給駕駛員，從而避免駕駛員在行車過程中頻繁低頭看儀表盤、導航儀或者車載屏幕等過程中造成的視野盲區(qū)。一般說來，儀表盤的形狀、信息顯示亮度、儀表顏色、顯示內容理解難易程度、駕駛員心理、生理等因素都會對駕駛員的視認時間產生影響。對于抬頭顯示系統(tǒng)，需要駕駛員眼球在一定區(qū)域范圍內移動時均能觀察到清晰的虛像，同時高像質和緊湊的光學結構也是抬頭顯示光學系統(tǒng)的設計要求。
【痛點問題】
傳統(tǒng)的車載抬頭顯示系統(tǒng)存在顏色單一、顯示視場小、字符清晰度差、對比度低、尺寸較大的問題，而現有技術研究基本都是整體單元設計或者電路模塊設計，而缺乏對其光學系統(tǒng)的研究。國外少量的相關雜質上發(fā)表了車載抬頭顯示光學系統(tǒng)的結構設計，但是為了避免由于不同車型的擋風玻璃不同而需要分別單獨設計的問題，這些設計中，多半是將圖像源投影到一個附加的光學表面上，而不是投影到擋風玻璃上，這樣的設計結構相比于直接投影至擋風玻璃的設計結構會導致駕駛體驗和安全性均有所降低。
【成果介紹】
本成果提出一種結構簡單緊湊、體積小且像差校正良好的車載抬頭顯示光學系統(tǒng)，在汽車擋風玻璃前形成一個失真較小的虛像，以保證駕駛員能夠在行駛道路上看到清晰的圖像，從而消除駕駛員在路況和行車輔助信息之間眼球聚焦切換不同位置而造成的視覺盲區(qū)，提高駕駛員的駕駛體驗和安全性。其核心技術是一種自由曲面離軸三反設計結構，該結構使用自由曲面反射鏡矯正像差，平面反射鏡折疊光路，同時自由曲面反射鏡、平面反射鏡與圖像源位于同一水平平面上使光學結構緊湊、易于裝調。自由曲面由于其極高的設計自由度可以在保證系統(tǒng)成像質量的同時保持光學系統(tǒng)的緊湊與輕量。
【性能指標】
實現了80mm×40mm超大光瞳范圍內清晰成像。
【應用領域】
汽車輔助駕駛
【知識產權】
本成果已申請多項中國發(fā)明專利，下表是部分展示：
【合作方式】
技術許可、技術轉讓、作價入股、技術開發(fā)、技術咨詢、面談等
【專家介紹】
馬冬林，于2010年獲得國家留學基金委（CSC）資助，在美國三大光學中心之一的亞利桑那大學光學科學學院攻讀光學工程碩士以及理學博士學位。博士期間，致力于照明工程、自由曲面光學設計、相關光學系統(tǒng)開發(fā)以及光學測試的研究，取得了豐碩成果，出色完成了多項科研項目，發(fā)表或已提交了多篇學術論文以及會議論文，相關工作獲得了Laser Focus World等媒體的公開報導，同時先后開發(fā)了CGH干涉測量儀、全景內窺鏡系統(tǒng)、顯微鏡、三維測量儀等多種光學系統(tǒng)。獲得博士學位后于2016年全職回國工作，目前以副教授的身份任職于華中科技大學光學與電子信息學院。期間擔任中國十三五規(guī)劃重大專項“大型（十二米）光學紅外望遠鏡”科學委員會的技術顧問，一方面承擔該項目前期工作中望遠鏡光學設計方案的評估工作，另一方面也是華中科技大學參與該項目概念設計方案競標的主要負責人。基于大型光學紅外望遠鏡的設計工作獲得了美國著名科技雜志Science的撰文報導，也引起了包括知識分子等國內媒體的高度關注。
目前主要承擔三方面的科研工作：第一，推動重大科學裝置“南天光譜巡天望遠鏡”的立項和建設工作，以及核心關鍵技術的預研工作，該項目總建設預算預計將達12億左右；第二，主導承擔863項目激光專項系列子課題的研究工作，主要包括膜系穩(wěn)定性、新型激光照明系統(tǒng)、鈉導星激光發(fā)射裝置等等；第三，主導承擔“天琴計劃”中的核心裝置天琴望遠鏡的研制工作。
【聯系方式】
成果編號：CG22022
