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
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).
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.
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.
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.
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
