汽車照明簡史

 

近幾十年來，汽車照明系統(tǒng)發(fā)生了許多變革，其中尾部、側面和前方照明采用的照明技術有很大變化。汽車前照燈光源從鹵鎢燈演變?yōu)楦邚姸确烹姛襞菰俚酱蠊β拾坠?LED，實現(xiàn)了更高的光通量和效率并延長了工作壽命。許多前照燈利用包含反射透鏡和透鏡系統(tǒng)的集成光源配置，提供遠光燈、近光燈和霧燈功能。類似布局與后燈及后霧燈相結合，可提供多種信號功能。其他車裝照明包括用于冗余轉向信號的側視鏡照明、夜間照明以及中央高位剎車燈 (CHMSL)。輔助車輛照明包括其他定制功能，例如汽車制造商徽標照明，甚至是位于車門內(nèi)部的投影徽標燈。汽車照明系統(tǒng)必須遵守美國國家公路交通安全管理局或歐洲經(jīng)濟委員會關于標準化信號和反射器件的規(guī)定。前照燈安全要求也愈發(fā)嚴格，提出了強制性光形規(guī)定和精密光度測定要求。設計人員必須遵守這些要求，同時還應滿足制造商關于汽車外形的實用性和裝飾性要求。DLP 技術不僅可通過數(shù)字微鏡器件 (DMD)（一種可編程微電子機械系統(tǒng)反射陣列）補充任何光源來輕松滿足這些要求，而且還能進一步增強光束的整體功能。

 

DLP 技術概覽

 

DLP 技術可通過使用 DMD 顯示動態(tài)內(nèi)容。DMD包含多達 830 萬個微鏡，這些微鏡可在兩個位置之間切換，從而根據(jù)電輸入重定向入射光（圖 1）。該技術還需要后續(xù)圖像處理、存儲器、光源和投影光學元件來控制系統(tǒng)和顯示動態(tài)內(nèi)容。

 

圖 1. DLP 技術通過高速控制數(shù)百萬個微鏡來顯示高分辨率圖像

 

DMD 通過單獨切換微鏡來再現(xiàn)圖案，這些微鏡構成了所投影內(nèi)容的像素。下面從五個方面介紹一下DLP 技術對汽車照明系統(tǒng)的重要作用。

 

可重復編程性

 

DLP 技術可動態(tài)更改內(nèi)容，無需修改所連接任何光學元件。如果與舞臺照明應用中常用的“遮光板”（也稱為 Gobo）等常見的靜態(tài)投影技術相比，那么此功能的優(yōu)勢會更明顯。Gobo 投影儀利用類似于模板的木刻濾鏡生成圖像，從而生成投影光圖案。此類投影技術已應用于定制路面照明燈中，但圖 1. DLP 技術通過高速控制數(shù)百萬個微鏡來顯示高分辨率圖像。用于汽車外部照明的 DLP® 動態(tài)地面投影技術3 2020 年 5 月圖像是不可修改的，因此必須包含完全獨立的模塊才能生成一個靜態(tài)圖像。DLP 技術完全可編程，可在不同時間實現(xiàn)多個圖像的投影。例如，在側視鏡燈座內(nèi)實現(xiàn)定制照明的同時，還可根據(jù)需要投影車門打開警告標志，或根據(jù)用戶需求和路況更新其他復雜的圖像。例如，當門打開或駕駛員將手放到車門把手上時，將會投影警告標志，提醒車門即將打開。對于停在自行車車道附近的汽車來說，這會很有幫助。

 

全色域支持

 

靜態(tài)投影技術通常局限于以單一顏色顯示圖像。例如，Gobo 利用二向色模板進行彩色圖像投影，但二向色濾鏡只能產(chǎn)生單一顏色。DLP 技術可將紅色、綠色和藍色 LED 脈沖或激光脈沖快速傳輸?shù)?DMD，從而實現(xiàn)全色支持。DMD 的切換速度為幾微秒，因此可對上述三種顏色使用單一成像儀來生成炫麗的影像和視頻。

 

不受光源約束

 

由于 DLP 技術是一種基于反射的技術，因此可使用任何類型的光源，包括 LED 和激光二極管，它們將取代前方和尾部照明所使用的白熾燈或氣體放電燈光源。憑借這種靈活性，DLP 技術可在汽車照明和通信系統(tǒng)中適應各種波長范圍（包括可見光和近紅外光）的多種照明技術。

 

已滿足汽車級要求

 

汽車級 DMD、DMD 控制器和電源管理集成電路現(xiàn)可在 –40°C 至 105°C 的工作溫度范圍正常工作，并通過汽車集成電路必要的靜電放電認證，這為在當前的汽車照明系統(tǒng)中應用 DLP 技術提供了支持。

 

外形小巧

 

汽車照明系統(tǒng)的主要目標是增強汽車的美感呈現(xiàn)。除了汽車的總體外形和材質外，照明系統(tǒng)是打造汽車精致外觀的關鍵要素。汽車車燈的形狀設計涉及許多工作，通常，內(nèi)部電路的容差更為嚴格。整個DLP 子系統(tǒng)可輕松安裝到側視鏡內(nèi)的狹槽中或汽車四周的其他狹小區(qū)域。

 

DLP 技術用例

 

鑒于這些優(yōu)勢，DLP 技術在汽車照明應用的前景一片大好。下面是 DLP 技術和汽車照明系統(tǒng)的一些可能應用。

 

小車外燈

 

DLP 技術可大大擴展汽車小車外燈的功能，包括車門內(nèi)部、腳踏板或側視鏡底部位置的小車外燈（圖2）。DLP 技術無需其他可移動組件即可生成動態(tài)圖像。因此，當駕駛員靠近車輛時，可使用小車外燈從側視鏡投影輪胎壓力低或車門打開警告，或從小型車門的底部投影車輛徽標或其他樣式的圖像和視頻。利用些功能，原始設備制造商可通過小車外燈，而不是如今車燈生成的靜態(tài)徽標，來充分定制傳播訊息和進行品牌推廣。車燈只能顯示單一圖案，無法用于與行人或駕駛員通信。

 

圖 2. 從側視鏡向地面投影徽標的小車外燈

 

汽車光毯

 

側視鏡燈可同時執(zhí)行多種功能，用作標準轉向信號以及在車輛側面區(qū)域投射跨越整個車輛長度的光毯（圖 3）。當駕駛員在光照昏暗的區(qū)域或是在夜間離開或接近車輛時，這類照明尤其有用。

 

圖 3. 從車輛上的多個位置投影的汽車光毯

 

警告駕駛員和乘客

 

DLP 技術提供了一種警告方式，比駕駛員目前用于警告他人的閃光燈和手勢更為先進。使用 DLP 技術生成的警告可采用在路面顯示可信息的形式，指示危險路況或特殊交通區(qū)（如施工場地或學校區(qū)域）等信息。駕駛員還可在人行橫道上投影，或選擇在地面顯示“可安全過馬路”字樣的預設消息，與試圖穿越街道的行人直接通信。

 

廣播意圖：私家車

 

廣播意圖功能可避免因不知道其他駕駛員的移動方向而緊張、猶豫或混亂所引發(fā)的許多事故。DLP 投影可傳達眾所周知難以說清楚的簡單意圖，例如調頭 (U-turn) 或轉彎 (K-turn)。出租車可使用符號投影來警告來往車輛，有一輛車即將徹底停下來，并可向地面投影，提醒有乘客即將下車。將要退出車道并有盲點的車輛可通過投影表明其退出意圖。平行泊車或倒車等自主功能可向后投射其路徑，指示其最終泊車位置，從而將其意圖清楚地傳達給經(jīng)過的車輛和騎車人（圖 4）。

 

圖 4. 駕駛員可通過后燈在車后的地面上投影行駛路線，從而廣播其預期軌跡

 

廣播意圖：公用車

 

消防車、救護車或警車可公布其準確路線，讓附近車輛的駕駛員更好地了解應該駛到何處以讓道。警車可傳達需要前方駕駛員開到路邊或者變道以便超車的意圖。需要大轉彎半徑的大型車輛，例如公共汽車和牽引式掛車，可能需要向后方的駕駛員傳達需要他們后退以便成功轉彎的意圖。公共汽車可投影駛進和駛離公共車站的路線，以便附近車輛的駕駛員更好地了解其移動軌跡。載有超大貨物的牽引式掛車在經(jīng)過狹小空間時，可投影出其他車輛應該讓出的準確空間大小。校車也可投影其意圖以保證乘客安全。例如，校車可在所有車道上投影停車標志，而不是使用標準停車標志。

 

路線引導

 

DLP 子系統(tǒng)可利用圖形（例如顯示本不存在的車道線）擴大駕駛員的視野，從而輔助導航。這一想法可建立在實時視覺導向的基礎上，在幫助駕駛員的同時，向附近車輛公布駕駛員接下來的行駛方向。

 

結論

 

動態(tài)地面投影是汽車照明系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，同時也是自適應遠光燈技術的發(fā)展趨勢。單獨控制投影系統(tǒng)中數(shù)百萬像素的功能可實現(xiàn)各種車輛應用。與 Gobo 等其他靜態(tài)投影技術相比，DLP 技術提供更大的靈活性和具有高分辨率的小巧、可重復編程的多色平臺。此外，因其相對成本效益、適應不同光源的靈活性以及總體效率，DLP 技術在眾多動態(tài)數(shù)字投影技術中處于領先地位。鑒于 DLP 芯片組已經(jīng)符合汽車級標準，并具有特定于汽車應用的定制處理功能，其上市時間可能會縮短。通過充分利用這些技術飛躍并為捷變光束照明和消息/符號投影實施 DMD 等空間光調制器，汽車照明行業(yè)有可能受益匪淺。

 

其它資源

 

• “利用 DLP 技術制造高分辨率自適應前照燈。”

• “采用 DLP 技術的高分辨率前照燈符號投影。”

 

 

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