Wyświetlacz przezierny (HUD, ang. head-up display) jest obrazem z informacjami rzutowanym w polu widzenia użytkownika. Np. w samochodzie: na przedniej szybie informacje, takie jak prędkość, instrukcje nawigacyjne lub komunikaty ostrzegawcze, prezentowane są w taki sposób, że kierowca odnosi wrażenie, jakby przed maską silnika znajdował się ekran. Dlatego nie musi on odrywać wzroku od drogi, co przekłada się na wyższy poziom bezpieczeństwa. Sugeruje to również pierwszy człon jego nazwy - „head-up” w tłumaczeniu oznacza „z podniesioną głową”.
Ewolucja wyświetlaczy HUD - z lotnictwa do branży motoryzacyjnej
Historia wyświetlaczy HUD sięga lat 40. W tym czasie po raz pierwszy zastosowano je w celownikach broni samolotów bojowych. Z czasem systemy te przekształciły się w złożone projektory przedniej szyby. Obecnie są one standardem również w samolotach cywilnych, takich jak Airbus A350 i Boeing 787.
Technologia szybko objęła sektor motoryzacyjny. Już w roku 1988 firma Nissan wprowadziła wyświetlacz HUD w samochodzie Silvia S13, natomiast General Motors - w samochodzie Oldsmobile Cutlass Supreme.
Trzy kluczowe elementy: jak działają wyświetlacze HUD?
Wyświetlacz HUD składa się z trzech głównych elementów: jednostki obrazującej, modułu optycznego i powierzchni projekcyjnej. Jednostką obrazującą jest komputer ze źródłem światła LED służący do generowania obrazu.
To światło trafia najpierw do modułu optycznego, który jest sercem systemu HUD. Podstawą działania tego tzw. kolimatora jest proste, niemniej jednak precyzyjne zjawisko fizyczne. Soczewka lub zwierciadło asferyczne załamuje rozbieżne, rozproszone światło LED, tworząc równoległą wiązkę. Z uwagi na ograniczoną przestrzeń montażową stosuje się kilka soczewek lub zwierciadła wielopłaszczyznowe. Jeśli nie spełniają one najwyższych wymagań, nie można uzyskać wyraźnego obrazu rzutowanego na szybę.
 |
| Technologia HUD w samochodzie: postęp w przekazywaniu informacji kierowcy, który zapewnia wyższy poziom bezpieczeństwa i pozwala skoncentrować się na drodze. (© MONOPOLY919/Shutterstock.com) |
W technologii HUD powierzchnia projekcyjna nosi również miano combinera. Pod tym pojęciem rozumie się zwierciadło półprzezroczyste, które przepuszcza światło otoczenia i odbija światło HUD, tworząc w ten sposób wspólny widok, na który składa się obraz otoczenia i wyświetlacza HUD. Jeśli combiner zintegrowany jest w przedniej szybie, mowa jest o wyświetlaczu HUD przedniej szyby. Jeśli stanowi on zewnętrzną szybę z tworzywa sztucznego zamontowaną między kierowcą i przednią szybą, system ten nazywany jest wyświetlaczem HUD z combinerem.
Przegląd produkcji najważniejszych elementów HUD
Zewnętrzna szyba combinera jest wykonana z tworzywa sztucznego i ukształtowana asferycznie. Posiada ona ścisłe tolerancje w celu prezentacji wyraźnego obrazu bez zniekształceń. Krawędź szyby jest sfrezowana w taki sposób, że kierowca jej nie widzi. Oprócz tego jest ona odporna na zarysowania i posiada powłokę zapobiegającą odbiciom światła.
Jeśli combiner zintegrowany jest w przedniej szybie, jego funkcję często pełni folia bezpieczna będąca elementem szkła warstwowego. Szyba składa się z dwóch warstw szkła i przekładki z folii PVB, która w razie wypadku zapobiega odpryskiwaniu szkła. W celu wyraźnej projekcji bez efektu podwójnych obrazów jest ona ukształtowana klinowo, ponieważ taka konstrukcja kompensuje odbicia światła występujące między poszczególnymi warstwami szyby oraz skośne ustawienie przedniej szyby względem kierowcy i modułu optycznego.
 |
| Na etapie kontroli jakości dokonuje się pomiaru soczewek HUD z wykorzystaniem bezdotykowej sondy optycznej i sondy mechanicznej z kulką rubinową o dokładności wynoszącej 0,1 μm. (© Surplex). |
W tym module zamontowane są precyzyjne układy optyczne wykonane z polimerów technicznych. Cykliczny polimer olefinowy (COP) jest grupą tworzyw sztucznych stosowanych na dużą skalę w przemyśle optycznym. Znajduje ona zastosowanie wszędzie tam, gdzie szkło może zostać zastąpione tworzywem sztucznym: na przykład w obiektywach kamer telefonów komórkowych lub właśnie w wyświetlaczach HUD.
Dzięki metodzie formowania wtryskowego soczewki można wytwarzać z minimalnym ryzykiem wad, takich jak smugi lub puste jamy. Po uformowaniu układy optyczne są szlifowane i polerowane oraz pokrywane powłokami dielektrycznymi i antyodblaskowymi.
Wytworzone elementy poddawane są rygorystycznej kontroli jakości. W tym celu stosuje się wysoce precyzyjne przyrządy pomiarowe, takie jak interferometry i skaningowe mikroskopy elektronowe. Końcowa kalibracja i kontrola całego modułu gwarantuje zgodność z wysokimi standardami jakości przed ostateczną integracją w gotowym systemie HUD.
Perspektywa: przyszłość wyświetlaczy HUD
Przyszłość samochodowych wyświetlaczy HUD jest obiecująca i innowacyjna. Dotychczas jedynie co dziesiąty nowy samochód wyposażony był w wyświetlacz HUD, do 2030 roku wskaźnik ten ma wzrosnąć do niemal 40%. W ramach tego postępu na pierwszy plan wysuwają się w szczególności wyświetlacze HUD przedniej szyby. Ale również wyświetlacze HUD wykorzystywane w rzeczywistości rozszerzonej cieszą się coraz większą popularnością. Na rzeczywistą sytuacją podczas jazdy bezpośrednio rzutowane są tutaj na przykład ostrzeżenia. Rosnące wymagania odbiorców końcowych dodatkowo zwiększają tempo tego rozwoju. Przyszłe generacje wyświetlaczy HUD będą oferować nie tylko kompleksowe informacje prezentowane w czasie rzeczywistym, lecz całkiem możliwe, że w kontekście pojazdów autonomicznych będą pełnić funkcję centralnego interfejsu między człowiekiem i maszyną.
Aby stać się częścią tego rozwijającego się rynku, trzeba zainwestować w drogie maszyny produkcyjne - lub zakupić maszyny używane. Na platformie Surplex.com dnia 20 pażdziernika na aukcję wystawionych zostanie dziesięć maszyn producenta układów optycznych do wyświetlaczy HUD. Szczegóły aukcji: maszyna ZOVAC LIDIZ-II-P do powłok optycznych, dwie szlifierki SATISLOH do obróbki precyzyjnej układów optycznych, przyrządy analityczno-pomiarowe, takie jak skaningowy mikroskop elektronowy, interferometr oraz reflektometr na pasma górne, oraz system frezowania strumieniem jonów i dwa lasery.
 |
|
| Na akcję wystawionych jest dziesięć maszyn klasy high-tech pochodzących ze zlikwidowanego zakładu producenta wyświetlaczy przeziernych, między innymi wyspecjalizowane urządzenia do obróbki układów optycznych. (© Surplex). |
