我來從光學設計的角度說說有哪些難點吧。
首先解析一下HUD是什麽原理吧。其實就是把車的前擋風玻璃當成反射鏡，在駕駛員人眼前投射一個儀表盤的虛像。影像本身來自下方的電子發光屏，發出儀表盤的圖形。
大概是這麽個結構：
光學系統放大點，大概長這樣：
來講技術難點：
一、擋風玻璃的形狀
車前擋風玻璃是個自由曲面，即沒有任何對稱性。一般的光學設計都會盡量要求旋轉對稱，否則成像可能會發生各種扭曲。回憶一下照哈哈鏡的體驗，彎曲的鏡面會帶來成像的各種扭曲，效果讓人捧腹。但是在HUD系統中，如果下方發光屏發出的影像是正常無扭曲的，那麽由於自由曲面擋風玻璃的緣故，到人眼裏看到的影像就會有畸變。
解決方案？可以透過讓系統中其它的反射鏡也做成自由曲面，並最終抵消掉擋風玻璃帶來的畸變。或者在發光屏放出來的影像本身經過一定的畸變處理，使得最終效果無畸變。
好在，擋風玻璃的扭曲程度一般不大，帶來的影像畸變程度有限。有的設計廠家直接就忽略掉這點，倒也不會帶來太災難性的後果。也有另一種HUD的流派，不是用擋風玻璃作為反光屏，而是它內建反光板，這個反光板的形狀就可以選取地更方便設計了，一般球面就好。這個叫做後裝HUD，設計難度上會小很多。如下圖：
二、重影
HUD設計中，擋風玻璃作為反光面。但是擋風玻璃有前後2個面啊！影像在前後2個面的反射都會進入人眼，如果不進行消除，就會是重影。就像下圖所示：
解決方案？可以有多種不同的辦法。在此介紹BMW公司HUD的對於重影的解決辦法：在擋風玻璃內側貼一層楔形塑膠，即不同位置厚薄不同。這個楔形傾斜度，剛好可以把2次反射的光線聚成同一路。光路說明如下：
三、亮度
之前一直說把擋風玻璃當做反光面使用。但是它畢竟是塊透明玻璃啊，能夠反射回來的光只占總強度的百分之幾，絕大部份光還是直接透出去的。黑夜裏，由於車外光線弱，這些反射回來的光也夠用了，但是白天，環境光很強，幾乎是很難看見這個反射光的。
解決方案無非是HUD亮度可調，或者在擋風玻璃上貼膜增加反射。但是都不夠理想。可以說至今還沒有哪一款HUD在陽光好的白天能夠達到理想的使用狀態的。
四、人眼位置
駕駛員的腦袋不可能一直不動吧，所以HUD設計的時候要保證在一個較大的範圍內都能看到清晰無畸變的影像。而且不同的駕駛者習慣的目視位置也不同。
解決方案？得做2點。首先HUD本身可視範圍要大，光學設計專業術語叫eyebox要大，這點已經對光學設計方面有一定挑戰了。其次HUD得有一定的位置調節能力，可以按照不同駕駛員的身高、坐姿等進行調節，一般透過移動旋轉鏡片來達成。
參考文章：
Zemax官網 knowledge base article: How to Create a Heads-Up Display Using OpticStudio
Zemax OpticStudio Knowledgebase Activate, Transfer, or Update a Softkey License On A Machine Without Internet Access - ZemaxBMW E70 Heads Up Display PDF - http://www. 123seminarsonly.com/Sem inar-Reports/003/41342570BMW-E70-Head-Up-Display.pdf
利益相關：
Zemax 光學工程師
