Head-up display, atau disingkat HUD, adalah setiap tampilan yang
transparan menyajikan data tanpa memerlukan pengguna untuk melihat diri dari
sudut pandang atau yang biasa. Asal usul nama berasal dari pengguna bisa
melihat informasi dengan kepala “naik” (terangkat) dan melihat ke depan, bukan
memandang miring ke instrumen yang lebih rendah.
1. Sejarah HUD
HUD
pertama kali diperkenalkan pada tahun 1950-an, dengan adanya teknologi
reflektif gunsight pada perang dunia ke dua. Saat itu, suatu tembakan
dihasilkan dari sumber listrik yang diproyeksikan ke sebuah kaca. Pemasangan
proyektor itu biasanya dilakukan pada bagian atas panel instrumen di tengah
daerah pandang pilot, antara kaca depan
dan pilot sendiri. Dengan menggunakan reflektif gunshight pada pertempuran
udara, pilot harus “mengkalibrasi” pandangannya secara manual. Hal ini
dilakukan dengan memasukkan lebar sayap target pada sebuah penyetelan roda yang
diikuti dengan penyesuaian mata, sehingga target yang bergerak dapat
disesuaikan dengan bingkai yang diarahkan kepadanya. Dengan melakukan hal
tersebut, maka hasilnya akan terjadi kompensasi terhadap kecepatan, penembakan
peluru, G-load, dll.
Pada tahun 1950-an, gambar dari efletif gunsight diproyeksikan ke
sebuah CRT (Cathode Ray Tube) yang dikendalikan oleh komputer yang
terdapat pada pesawat. Hal inilah yang menandai kelahiran teknologi HUD modern.
Komputer mampu mengkompensasi akurasi dan menyesuaikan tujuan dari kursor
secara otomatis terhadap faktor, seperti range, daya percepatan, tembakan
peluru, pendekatan target, G-load, dll. Penambahan data penerbangan terhadap
tanda bidikan, memberikan perananan kepada HUD sebagai pembantu pilot dalam
melakukan pendaratan, serta membantu pilot di dalam pertempuran udara. Pada
tahun 1960-an, HUD digunakan secara ekstensif dalam melakukan pendaratan. HUD
menyediakan data-data penerbangan penting kepada pilot, sehingga pilot tidak
perlu melihat peralatan pada bagian dalam dari panel.
Penerbangan komersial HUD pertama kali diluncurkan pada tahun 1980-an.
HUD pertama kali digunakan oleh Air Inter pada pesawat MD-80. Namun, masih
tergantung pada FD pesawat untuk bimbingan dan hanya bekerja sebagai repeater
informasi yang ada. Pada tahun 1984, penerbangan dinamika Rockwell Collins
sudah berkembang dan mendapatkan sertifikasi HUD “standalone” yang pertama
sebagai pesawat komersial, yang disebut HGS (Head Up Guidance System). Sistem “stand alone” ini
mendatangkan kesempatan untuk mengurangi waktu lepas landas dan pendaratan
minimum. Pada tahun 1984, FAA menyetujui pendaratan CAT IIIA tanpa menyediakan
pemasangan sistem autoland atau autothrottle pada pesawat yang dilengkapi
dengan HGS.
Sampai beberapa tahun yang lalu, Embraer 190 dan Boeing 737 New
Generation Aircraft (737-600,700,800, dan 900 series) adalah satu-satunya
pesawat penumpang komersial untuk datang dengan HUD opsional. Namun, kini
teknologi ini sudah menjadi lebih umum untuk pesawat seperti Canadair RJ,
Airbus A318 dan beberapa jet bisnis. HUD telah menjadi peralatan standar Boeing
787. Dan lebih jauh lagi, Airbus A320, A330, A340 dan A380 keluarga yang sedang
menjalani proses sertifikasi untuk HUD. Selain pada pesawat komersial, HUD juga
sudah mulai digunakan pada mobil dan aplikasi lainnya. BMW merupakan pabrikan
otomotif pertama yang meluncurkan produk massal dengan teknologi HUD pada kaca
depannya. Teknologi ini tak hanya memberi kenyamanan bagi pengemudi, melainkan
juga keselamatan berkendara.
HUD terbagi
menjadi 3 generasi yang mencerminkan teknologi yang digunakan untuk
menghasilkan gambar, yaitu:
♥ Generasi Pertama – Gunakan CRT untuk
menghasilkan sebuah gambar pada layar fosfor, memiliki kelemahan dari degradasi
dari waktu ke waktu dari lapisan layar fosfor. Mayoritas HUDs beroperasi saat
ini adalah dari jenis ini.
♥
Generasi Kedua – Gunakan sumber cahaya padat, misalnya LED, yang dimodulasi
oleh sebuah layar LCD untuk menampilkan gambar. Ini menghilangkan memudar
dengan waktu dan juga tegangan tinggi yang dibutuhkan untuk sistem generasi
pertama. Sistem ini pada pesawat komersial.
♥ Generasi Ketiga – Gunakan
waveguides optik untuk menghasilkan gambar secara langsung dalam Combiner
daripada menggunakan sistem proyeksi.
Penggunaan
HUD dapat dibagi menjadi 2 jenis. Jenis pertama adalah HUD yang terikat pada
badan pesawat atau kendaraan chasis. Sistem penentuan gambar yang ingin
disajikan semata-mata tergantung pada orientasi kendaraan. Jenis yang kedua
adalah HMD, helm dipasang yang menampilkan HUD dimana elemen akan ditampilkan
tergantung pada orientasi dari kepala pengguna.
2. Teknologi HUD
A. CRT (Cathode Ray Tube)
Hal
yang sama untuk semua HUD adalah sumber dari gambar yang ditampilkan, CRT, yang
dikemudikan oleh generator. Tanda generator mengirimkan informasi ke CRT
berbentuk koordinat x dan y. Hal itu merupakan tugas dari CRT untuk
menggambarkan koordinat senagai piksel, yaitu grafik. CRT membuat piksel dengan
menciptakan suatu sinar elektonil, yang menyerang permukaan tabung (tube).
B. Refractive HUD
Dari CRT, sinar diproduksi secara
paralel dengan sebuah lensa collimating. Sinar paralel tersebut diproyeksikan
ke kaca semitrasnparan (kaca gabungan) dan memantul ke mata pilot. Salah satu
keuntungan dari reaktif HUD adalah kemampuan pilot untuk menggerakkan kepalanya
dan sekaligus melihat gambar yang ditampilkan pada kaca gabungan.
C. Reflective HUD
Kerugian dari HUD reflektif adalah akibatnya pada besarnya tingkat
kompleksitas yang terlibat dalam meproduksi penggabungan lekungan dari segi
materi dan rekayasa. Keuntungan besarnya adalah kemampuan pada peningkatan
tanda brightness (terang), meminimalisir redaman cahaya dari pemandangan visual
eksternal dan adanya kemungkinan untuk menghemat ruang di kokpit, karena lensa
collimating yang tidak diperlukan.
C. System Architecture
HUD komputer mengumpulkan
informasi dari sumber – sumber seperti IRS (Inertial Reference System), ADC (Air Data Computer),
radio altimeter, gyros, radio navigasi dan kontrol kokpit. Diterjemahkan ke
dalam koordinat x dan y, komputer HUD selanjutnya akan menyediakan informasi
yang dibutuhkan untuk hal apa yang akan ditampilkan pada HUD ke generator
simbol. Berdasarkan informasi ini, generator simbol menghasilkan koordinat yang
diperlukan pada grafik, yang akan dikirmkan ke unit display (CRT) dan
ditampilkan sebagai simbol grafik pada permukaan tabung.
Kebanyakan HUD militer mudah memberikan atau melewatkan isyarat
kemudi FD melalui generator simbol. HUD memperhitungkan isyarat kemudi pada
komputer HUD dan hal tersebut membuatnya sebagai sistem ‘standalone’. Sipil HUD
merupakan fail-passive dan mencakup pemeriksaan internal yang
besar mulai dari data sampai pada simbol generator. Kebanyakan perselisihan
perhitungan dirancang untuk mencegah data palsu tampil.
D. Display Clutter
Salah
satu perhatian penting dengan simbologi HUD adalah kecenderungan perancang
untuk memasukkan data terlalu banyak, sehingga menghasilkan kekacauan tampilan.
Kekacauan tampilan ini jauh dari eksklusif untuk HUD, tetapi hal ini sangat
kritis pada saat melihat ke arah tampilan. Setiap simbologi yang tampil
pada sebuah HUD harus melayani atau memiliki sebuah tujuan dan mengarahkan
peningkatan performa. Kenyataannya, bukan piksel tunggal yang dapat menerangi
kecuali dia secara langsung mengarahkan pada penigkatan. Prinsip yang
diterapkan pada perancangan HUD adalah ‘ketika dalam keraguan, tinggalkan
saja’.
3. Faktor Perancangan HUD
Ada beberapa faktor yang harus
dipertimbangkan ketika merancang sebuah HUD, yaitu:
♣ Bidang penglihatan – Karena mata
seseorang berada di dua titik berbeda, mereka melihat dua gambar yang berbeda.
Untuk mencegah mata seseorang dari keharusan untuk mengubah fokus antara dunia
luar dan layar HUD, layar adalah “Collimated” (difokuskan pada tak terhingga).
Dalam tampilan mobil umumnya terfokus di sekitar jarak ke bemper.
♣ Eyebox – menampilkan hanya dapat dilihat
sementara mata pemirsa dalam 3-dimensi suatu daerah yang disebut Kepala Motion
Kotak atau “Eyebox”. HUD Eyeboxes modern biasanya sekitar 5 dengan 3 dari 6
inci. Hal ini memungkinkan pemirsa beberapa kebebasan gerakan kepala. Hal ini
juga memungkinkan pilot kemampuan untuk melihat seluruh tampilan selama salah
satu mata adalah di dalam Eyebox.
♣ Terang / kontras – harus menampilkan pencahayaan
yang diatur dalam dan kontras untuk memperhitungkan pencahayaan sekitarnya,
yang dapat sangat bervariasi (misalnya, dari cahaya terang awan malam tak
berbulan pendekatan minimal bidang menyala).
♣ Menampilkan akurasi – HUD komponen
pesawat harus sangat tepat sesuai dengan pesawat tiga sumbu – sebuah proses
yang disebut boresighting – sehingga data yang ditampilkan sesuai dengan
kenyataan biasanya dengan akurasi ± 7,0 milliradians.
♣ Instalasi – instalasi dari komponen HUD
harus kompatibel dengan avionik lain, menampilkan, dll
