T/CVIA 154-2025 基于LCoS微显示芯片的AR-HUD用光学模组通用规范

　　CCS L 53

　　团

　　体

　　标

　　准

　　T/CVIA 154-2025

　　基于 LCoS 微显示芯片的 AR-HUD 用光学模组

　　通用规范

　　Technical specifications for optical modules for AR-HUD based on

　　LCoS micro display chips

　　2025 - 03 - 20 发布

　　2025 - 03- 20 实施

　　中国电子视像行业协会 发 布

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电子视像行业协会提出并归口。

　　本文件起草单位：南京芯视元电子有限公司、豪威半导体(上海)有限责任公司、深圳市朗视智光科技有限公司、深圳市瀚思通汽车电子有限公司。

　　本文件主要起草人：何军、张浩军、郝亚斌、冯晓曦、彭健锋、张俊、姚远、胡健、李孟珊、胡磊、张江元、马懿操、李城锦、朱余良。

　　本文件为首次发布。

　　基于 LCoS 微显示芯片的 AR-HUD 用光学模组通用规范

　　1 范围

　　本文件规定了基于LCoS微显示芯片的AR-HUD用光学模组技术要求，相关产品的测试条件，测试系统和测试方法，可靠性试验，检验规则。

　　本文件适用于基于LCoS微显示芯片的AR-HUD用光学模组及相关元器件的设计、制造和检验。

　　2 规范性引用文件

　　本文件没有规范性引用文件。

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　LCoS微显示芯片 liquid crystal on silicon

　　LCoS微显示芯片是结合了液晶显示技术和CMOS IC集成电路芯片工艺技术的产品。

　　注： LCoS微显示芯片技术要求在满足液晶显示方面的光学特性需求之外，还要满足CMOS IC集成电路的产品性能需求。

　　3.2

　　AR-HUD 增强现实抬头显示 Augmented Reality Head-up Display

　　AR-HUD 是一种将增强现实与抬头显示相结合的技术，通过抬头显示设备，把虚拟信息(如导航指引、车辆行驶数据等)以图像或图形的形式叠加在驾驶员前方真实的道路视野中，让驾驶员无需低头就能获取相关信息。

　　3.3

　　光通量 luminous flux

　　指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。

　　注：光通量的单位为“流明”(lm)。

　　3.4

　　照度 illumination

　　指单位面积所接受的光通量，本标准中指投影画面光线强度和分布的物理量。

　　注：单位为勒[克斯](Lux, lx)，即 lm/m2 。 1 勒[克斯]等于 1 流[明](lumen, lm)的光通量均匀分布于 1 m2面积上。

　　3.5

　　色温 correlated color temperature (CCT)

　　指把某个黑体加热到一个温度，其发射的光的颜色与某个光源所发射的光的颜色相同时，这个黑体加热的温度称之为该光源的颜色温度;色温用来度量投影画面颜色成分指标。

　　注：单位为“开尔文”(K)。色温低画面偏红、偏黄等暖色;色温高画面偏蓝、发紫等冷色。

　　3.6

　　视场角 field of view

　　AR-HUD光学模组中，以镜头为顶点与投射画面最大范围的两条边缘构成的夹角。

　　3.7

　　ANSI 流明

　　美国国家标准化协会(ANSI)制定的测量投影机光通量的方法，用于衡量投影机亮度，是国际上普遍认可的投影画面亮度单位。

　　3.8

　　画面均匀性 uniformity

　　投影画面中，不同位置的照度值的差异性，表现为画面的照度均匀性程度。

　　3.9

　　对比度 contrast Ratio (CR)

　　通常用一个比值来表示，即画面中最亮区域的亮度值与最暗区域的亮度值之比。

　　注：比值越高，说明亮部和暗部之间的差异越明显，图像的层次感和立体感就越强;反之，比值越低，图像就会显得灰蒙蒙的，亮部和暗部的细节都会受到影响。

　　3.10

　　色坐标 chromaticity coordinates

　　基于某种色彩空间模型，用一组数字来表示颜色在该空间中的具体位置。本标准中采用 CIE XYZ坐标系统。

　　3.11

　　色域

　　色域是指AR-HUD上能够显示或表现出的颜色范围，在 CIE 1931 色度图上，色域表现为一个区域，区域内的每一个点都代表一种可以被显示或感知的颜色。不同的色域标准和设备在这个色度图上所覆盖的区域大小和形状各不相同，覆盖范围越大，说明该设备或技术能够呈现的颜色种类就越多。

　　3.12

　　畸变 distortion

　　成像过程中所产生的图像的像元几何位置相对与参照系统发生的挤压、伸展、偏移和扭曲等变形。

　　3.13

　　分辨率 resolution

　　屏幕上水平和垂直方向所包含的像素点数，一般表示为水平像素数 × 垂直像素数。

　　3.14

　　调制传递函数 modulation transfer function

　　指AR-HUD对不同空间频率的正弦光栅图像对比度的传递能力，定义为相对图像对比度与相对物体对比度的比率。MTF 值越接近 1，表明AR-HUD的成像质量越高，对图像细节的保留能力越强，能更清晰、准确地还原物体的图像。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　FOV： 视场角 Field of View

　　MTF： 调制传递函数 Modulation Transfer Function

　　ANSI： 美国国家标准学会 American National Standards Institute

　　CIE: 国际照明委员会 Commission Internationale de l’Eclairage

　　LCoS： 硅基液晶芯片 Liquid Crystal On Silicon

　　HUD： 抬头显示 Head-Up Display

　　AR-HUD： 增强现实抬头显示器 (Augmented Reality Head-Up Display)

　　EN 60068：由国际电工委员会(IEC)制定并得到各国广泛认可的一项环境试验标准。

　　5 分类

　　5.1 按照光源的种类可以分为：

　　——可见光LED光源(White、Red、Green、Blue);

　　——可见光激光光源(Red、Green、Blue)。

　　6 技术要求

　　6.1 基本性能需求

　　驱动方式：LCoS支持内置/外挂驱动芯片;表面平整度：白光下目视不可见光晕/色差。

　　6.2 光机模组光学特性要求应满足表1的规定

　　表1 光机模组光学特性要求

　　7 测试方法

　　7.1 测试环境

　　l 环境温度：15℃~35℃, 优选25℃;环境湿度：25%RH～75%RH，大气压：86KPa～106KPa

　　l 测试应在暗室进行，环境照度小于0.1 lx。

　　l 测试光机光轴应正对屏幕，测试探头受光面应平行于屏幕。

　　l 调整投影尺寸使投影面长边等于 1 m，其他具体尺寸由产品设计规格书的要求确定。

　　l 性能检测应在工装上确保有散热条件，且在光机上电15s后开始检测。

　　7.2 测量工具：

　　亮度计：光谱响应符合CIE光谱光视效率函数，CIE ƒi的值不大于3%。亮度值大于10cd/㎡时，相对不确定度不超过4% (相对于CIE A 照明体)，亮度值小于或等于0.1cd/㎡时，相对不确定度不超过10%;

　　光度计：照度测量，测量画面的光通量与画面面积之比。

　　色度计：根据CIE 1931标准色度观察者，探测器的光谱响应应符合颜色匹配函数，色坐标的x和y的准确度为0.002(相对于CIE A照明体);

　　色坐标测量: 色彩光谱仪。

　　二维成像CCD: 探测器像素不少于色度计测试区域中子像素个数的4倍，不少于12bit的数字分辨率，光谱响应符合CIE1931标准色度观察者的色匹配函数，CIE(x,y)的色准确度为0.004，光谱光视效率函数CIE f1的值不大于3%;

　　测距仪：测距仪精度应不大于±0.1mm。

　　7.3 测试系统

　　满足如下光机投影需求即可。

　　1— LCoS 面板

　　2— 投影距离 d

　　3— 投影中心点 P

　　4— 投影画面长度 a

　　5— 投影画面宽度 b

　　图 1 光机测试组成原理图7.4 测试方法

　　7.4.1测试设置

　　A) 使LCoS 面板处于工作状态，稳定1~2分钟;

　　a) 输入与LCoS面板分辨率相同的测试信号;

　　b) 检查测试光机模组的R/G/B条件设置，根据产品规范或说明书进行设置的调整，如没有设置说明，根据实际情况或面板应用场景下的工作条件设置;

　　c) 检查测试光机模组成像距离，也称为投影距离d，可根据需求的投影尺寸(投影画面长度a*投影画面宽度b)进行调整;

　　d) 定义此工作状态为标准工作状态，在整个测量过程中，需要保持该测试条件以及测试状态不变，在测试记录中记录相关配置条件以及面板工作状态。

　　B) 使LCoS 面板处于静置时，为非工作状态。

　　7.4.2 ANSI亮度测试步骤：

　　a) 保持按照7.4.1设置测试系统;

　　b) 输入全白场画面，画面尺寸a*b，使用光度计测试如图2 P1~P9的亮度LP1~LP9;

　　c) 使用公式1计算光输出光强I：

　　公式1：

　　图 2 ANSI 九点 Pattern

　　该定义遵循 ANSI 关于投影机亮度测试标准的规定, 其中 Lp1, Lp2, , Lp9 表示投影屏幕到镜头前端距离

　　为指定距离时用亮度计在图 2 所示 9 个位置 (对应将画面平均分成 9 个区域的中心点) 所测得的亮度值,

　　a*b表示此时投影画面的面积 (以 m2 为单位)。

　　7.4.3画面均匀性

　　7.4.3.1 白画面均匀性

　　测试步骤：

　　a) 保持按照7.4.1设置测试系统;

　　b) 输入全白场画面，使用光度计测试(如图2) P1、P3、P5、P7、P9的亮度LP1、LP3、 LP5、LP7、LP9;

　　c) 使用公式2计算白画面均匀性U。

　　公式2：

　　7.4.3.2 黑画面均匀性

　　测试步骤：

　　a) 保持按照7.4.1设置测试系统;

　　b) 输入全黑场画面，使用光度计测试(如图2) P1、P3、P5、P7、P9的亮度LP1、LP3、 LP5、LP7、LP9;

　　c) 计算同7.4.3.1白画面均匀性

　　7.4.4 对比度

　　光学模组显示“全白(100%灰阶)Pattern”(如图3)与“全黑(0%灰阶)Pattern”(如图4)时相应中心照度LDW, LDK 照度之比(关闭动态调光功能)。

　　a) 按照7.4.1设置测试系统;

　　b) 将投影画面设置为全黑模式，如图4所示。使用光度计测量中心点P的亮度，旋转补偿片至亮度最低，记录补偿片的角度，记录亮度数据为LDK;

　　c) 保持补偿片角度不变将投影画面设置为全白模式，如图3所示。使用光度计测量中心点P的亮度，记录数据为LDW;

　　d) 使用公式3计算全屏对比度CR：公式3：

　　图 3 全白(100%灰阶)Pattern

　　图 4 全黑(0%灰阶)Pattern

　　7.4.5 色坐标测试步骤：

　　a) 保持按照7.4.1设置测试系统;

　　b) 分别输入全红场画面、全绿场画面、全蓝场画面、全白场画面，使用色度计测量中心点P5的(x，y)。

　　7.4.6 NTSC色域

　　a) 测试方法：全红场、全绿场和全蓝场信号分别输入到投影上，用色度计依次测量屏幕中心的色度坐标( Rx′，Ry′)、( G x′，G y ′)和( B x′，B y ′)

　　b) 公式4 ：

　　ColorGamut(Area ratio)=(Rx*Gy+Ry*Bx+Gx*By-Rx*By-Gx*Ry-Bx*Gy)*0.5/0.1582*100%

　　7.4.7 畸变如图5所示：

　　图 5 畸变测试原理

　　注：由于投影屏幕到镜头距离, 镜头光轴与屏幕垂直程度以及测量手法等误差因素, 可能造成测量结果超出规格。

　　7.4.8分辨率

　　根据选择的投影芯片与采用的投影区域定义，在同一分辨率芯片情况下，分辨率好坏取决于投影画面在聚焦情况下，点线是否满足需求定义如下：区域划分方式分A区、B区、边框，如图6所示：

　　图 6 分辨率测试

　　测试方法: 显示图6所示图形案例, 投影屏幕距离镜头摆放到产品规格书中指定距离调焦使画面均匀清晰, 判断相邻白线是否可分辨。

　　A区：为中间红框内区域，三条线清晰可见，建议规格允许1个像素点拖影如图7：

　　图 7

　　B区：可看出有黑白相间的线条，建议规格允许2个像素点拖影，如图8：

　　图 8

　　边框：建议规格允许一边无法显示出三条线，如图9：

　　图 9

　　7.4.9 MTF

　　7.4.9.1测试方法1：在镜头测试工装使用MTF100线对图进行投影，由MTF测试仪进行自动检测分析。

　　7.4.9.2：在镜头测试工装使用解析Chart进行投影，人工检查各分区聚焦清晰度。水平方向Φ8要求看清100的线条，竖直方向Φ4要求看清100的线条。

　　图 10

　　8 可靠性实验

　　8.1可靠性测试项目及方法

　　表 2 光学模组可靠性测试项目及方法列表

　　图 11 第 3 项通电振动

　　12

　　第 8 项振动试验曲线图

　　图 13 第 11 项高低温温循条件8.2可靠性检测要求

　　对器件进行可靠性测试后，要求器件工作正常。

　　表3 LCoS 可靠性检测项目列表

　　9 检验规则

　　9.1外观要求

　　LCoS产品整体外观尺寸精度需要符合要求，对应LCoS面板外观缺陷目视需要在允收范围内，画面均匀度，点缺陷及线缺陷等需要在投影画面下确认在允收规格内。

　　对于产品外观，需要在40X显微镜下检查包括但不仅限于以下项目，如有问题，需高倍显微镜下进行确认。

　　表4 LCoS外观检查项目列表

　　9.2 功能投影图形检测像素格异常：

　　a) 参考区域：选取像素格周围的相应区域像素作为参考区域。

　　b) 白点：黑色投影画面下的白色像素点与参考区域灰阶的平均值相比，高出20%为白色像素点。

　　c) 黑点：白色投影画面下的黑色像素点低于参考区域灰阶的平均值20%为黑色像素点。点状不良：

　　a) 测试区域：选取规定区域像素作为测试区域。

　　b) 参考区域：选取相应区域像素作为参考区域。

　　c) 白点：黑色投影画面下的白点测试区域灰阶的平均值与参考区域灰阶的平均值比较，高于20%为白色像素点。

　　d) 黑点：白色投影画面下的黑点测试区域灰阶的平均值低于参考区域灰阶的平均值20%为黑色像素点。

　　均匀性：

　　a) 将显示区域平均分成多个大小相同的区域;

　　b) 计算每个区域灰阶的平均值;

　　c) 计算所有区域灰阶的标准差;

　　d) 均匀性公式如下：

　　所有区域的标准差

　　均匀性 =

　　所有区域的灰阶值的平均值