作为智能座舱的核心显示交互系统，AR-HUD处于量产爆发前期，新技术的发展将加速智能驾驶时代的到来。作为AR-HUD的下一代技术方案-体全息光学元件(vHOE)已受到行业高度关注，本文将介绍其显示的技术原理、优势、挑战和产业发展情况。
什么是体全息光学元件(vHOE)？
体全息光学元件(Volume Holographic Optical Element，简写vHOE)是使用体全息感光材料通过激光干涉制作的一种衍射光学元件，与传统衍射光学元件仅在材料表面形成微纳结构不同，vHOE能够在材料内部形成复杂3D微纳结构，具有高透过率、高衍射效率、波长选择性强、仅存在一级衍射光等特点。这些独特的特点使得vHOE在AR显示领域获得了重要的青睐。
全息投影显示（图源自网络）
基于vHOE的AR-HUD有几种实现方式？
基于vHOE的战斗机平视显示（图源自网络）
vHOE早期用于战斗机，采用投影系统与体全息透镜的组合来实现的平视显示系统，单绿色显示。在车载HUD显示中，通过一个独立的平视显示系统来进行图像显示是不适宜的，因此，目前的W-HUD和AR-HUD均采用投影系统与风挡的组合，通过风挡玻璃直接反射图像光来实现，在保证大视场角和大眼盒尺寸的情况下，AR-HUD投影系统的体积就会增大，最大可能达到15L以上。将vHOE应用于AR-HUD显示有望大大降低HUD投影系统体积，主要有两种方式：
通过在风挡中嵌入体全息透镜，与投影系统结合实现小体积的AR-HUD。此时嵌入的vHOE具有高衍射效率，可达到90%以上，相比于直接风挡玻璃反射率15%左右的反射光而言，能量利用率大大提升。另外嵌入的vHOE具有图像放大的功能，从而减少投影系统中大尺寸曲面反射镜的使用，减少投影系统的体积，有利于AR-HUD搭载到不同型号的整车中。
微投影系统与体全息光波导组合实现小体积的AR-HUD。体全息光波导是使用体全息光栅和波导基底对图像光进行耦合传输和耦出的平板型显示方案，耦出的图像光通过风挡反射后入射到人眼。在该方案中，光波导具有出瞳扩展复制功能，能够保证大眼盒的观看需求，同时对光机的出瞳要求降低，从而可大幅度的降低投影光机的体积，有望实现3L-4L的整体体积。
光波导的扩瞳显示原理（图源自网络）
3，国内几种基于vHOE的AR-HUD的挑战有哪些？
主要有以下2点挑战：
（1）基于体全息透镜的AR-HUD中，体全息透镜是一个衍射光学元件，嵌入风挡在使用时可能会由于环境光导致彩虹纹的杂散光问题，实现彩色显示时需要三色体全息透镜组合，体全息材料受温度影响导致光栅结构的收缩膨胀可能导致三色透镜的焦距不一致，显示彩色图像存在色散问题。由于体全息透镜衍射反向传输时的角度选择性问题，阳光倒灌对投影光机显示芯片的危害也相应减小。
（2）在体全息光波导AR-HUD显示中，显示图像的亮度均匀性控制是一个重要的问题，以及由于光波导显示需要平行光耦入耦出，而风挡玻璃存在一定的曲率，如何实现由于风挡玻璃曲率问题导致的畸变和像差是需要解决的关键问题。在体全息波导AR-HUD中，体全息光栅在复杂环境光的照射下，也有产生彩虹纹杂散光的影响，但产生的杂散光通过风挡后进入人眼就会大大衰减，从而在安全方面的影响不大。另外，体全息波导AR-HUD，由于波导幅面较大，且具有波长和角度选择性，通过太阳直射光通过波导反向传输照射到光机中的阳光倒灌问题也可以忽略不计。
国内公司在基于vHOE的AR-HUD有何布局及技术优势？
鉴于体全息vHOE在AR-HUD方面有减小体积、提升视场角和能量利用率等多方面的优势和潜在价值，国内知名AR-HUD供应商——智云谷在这方面进行了积极的专利和技术布局。智云谷已与国内体全息材料知名厂商签署了战略合作协议，建立了深度的合作关系，推进相关技术在汽车HUD行业的发展和落地。基于智云谷多年来在AR-HUD的技术积累和量产经验，再结合vHOE的潜在优势，将在不久的将来实现基于体全息光学元件的小体积大画面AR-HUD相关产品落地。
智云谷已量产的AR-HUD显示效果（图源自岚图官网）
当驾驶技术进一步发展，无人驾驶时代将会到来，汽车将成为人们的"第三数字生活空间"，此时AR-HUD将成为人们不可或缺的影音娱乐交互办公系统，实现一个"质"的飞跃。
关于智云谷
智云谷成立于2014年，为国内最早进入HUD产业的先驱者和推行者之一。作为行业领先的AR HUD Tier1供应商，智云谷已成功为多家国内外主机厂提供前装AR HUD（增强现实抬头显示器），以及VPA(无介质悬浮成像语音精灵产品)。
2022年12月，智云谷给岚图追光独家供货的AR HUD成功量产，车型全系标配，成为业界率先量产AR HUD的供应商之一。
2023年9月，智云谷完成数千万元A轮融资，由清新资本领投。本轮融资资金将用于AR HUD前瞻性技术超前布署、智能工厂扩产及加速产品交付等，以大幅提升智云谷在AR HUD赛道的市场占有率。
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