如今的汽車車燈，它的個性化造型和品牌辨識度已變得越來越重要，日行燈位置燈越來越酷炫，很多車廠已開始用 3D造型的車燈來打造自己獨特的品牌標志。而車燈造型師的一大任務就是將這種酷炫的品牌標志融入到汽車的白天和夜間照明中。
在車燈研究院文章薄透鏡（-->傳送門）一文中已經介紹，車燈潮流有一個無法回避的趨勢，即是車燈的扁平化。縮小傳統透鏡模組的尺寸，這不僅會使光學設計的復雜化，而且導致效率的降低和均勻性惡化。與此同時，新車型的高度越來越小，越來越細長。因此，必須找到新的光學概念，以滿足造型和減少安裝空間的所有這些要求。而微透鏡陣列（MLA）技術為扁平化大燈提供了一種技術選擇。微透鏡陣列是由許多形狀相同的微米尺寸小透鏡按一定規律排列而成的陣列，多數是按正方形排列。透鏡陣列標準品包含正方形微透鏡和六邊形微透鏡，子單元尺寸32μm-1500μm，焦距在0.8mm-50mm之間，微透鏡陣列一般應用在高靈敏度成像、激光勻化、分束、波前傳感、光束聚焦和準直等領域。微透鏡又可以稱為復眼透鏡，Micro Lens Array微透鏡陣列（MLA）是一組精密制造的微型透鏡或＂微透鏡＂。該陣列為定制設計的模塊；典型MLA的尺寸為11.4mm x 10.7mm x 3.0mm圖2：MLA光學原理圖。包含led光源(1)和全反射準直透鏡(2),聚焦透鏡(3),遮光平面(4)和投影透鏡(5)。圖2為微透鏡陣列MLA的一個光學原理圖，基于MLA的投影照明組件由LED光源、準直透鏡和微透鏡陣列組成。它的光學原理是基于照明光學和投影光學的結合。首先led光源（1）發出的光通過一個全反射準直透鏡（2），準直透鏡的目的是盡可能的減少光的損失并均勻的把光投射到聚焦透鏡（3）上，然后在投影透鏡（5）的焦平面上匯聚。焦平面上有一個遮光夾層（4），遮光夾層上有很多微遮光開口，光通過這些開口可以在路面上投影出明暗分明的光型。圖2右側展示的是MLA陣列的一個微透鏡單元放大圖，每個微透鏡單元都是一個完整的光學投影模塊（組件3-5）。通過橫向和縱向復制這些微透鏡單元，可以組合成不同造型、不同幾何形狀的MLA模組。為了控制光輸出，可以調節微透鏡單元（3-5）數量和和全反射準直透鏡（1-2）的尺寸，當然也可以改變LED光源的光通量。如果陣列中的每個微透鏡單元都相同，則得到的光型是很多微透鏡單元光型的疊加。圖3是根據MLA陣列產生的近光光型的一個光學仿真。MLA通過疊加可提供均勻的近光照明。前大燈的光型通常由不同的梯度構成。因此，通過使聚光透鏡適應于目標光型，可以提高MLA的效率，從某種程度來講目標光型幾乎是通過聚光透鏡來形成的。通過遮光開口的設計可實現對光型的精準調節和截止線下方的高照度。擁有數千個MLA微透鏡，并且可以為每個微透鏡計算一個單獨的遮光開口，使MLA模組可以自由形成不同的光型。通過每個遮光開口對光線的遮擋，可以得到需要的光型。通過一些理論分析，可以計算出每個微透鏡的遮光開口形狀。在需要高照度的角度，計算的遮光開口可以是全開的。為了達到較低的照度，部分遮光開口會逐步關閉。大量的微透鏡單元和遮光開口幾乎可以實現照明立體角允許的所有光型，這一角度受到MLA模塊提供的最大照度限制。MLA陣列可以進行不同的排列組合，從而得到各種異形的遠近光模組，這是MLA相對于其它方案用于前大燈的最大優點之一。微透鏡單元幾乎可以組合成任何形狀。尤其是在二維平面（y-z平面）中，幾乎所有形狀都是可行的。唯一的限制是MLA模組表面的均勻性和光學效率，這兩者都與MLA陣列的尺寸和形狀有關。
圖4：MLA模組的可能造型示意圖圖4顯示的是一些可能的外形。如果要實現3D外形，可能會有一些限制，因為3D外形意味著微透鏡陣列需要一定角度的傾斜，從而產生的光型也會傾斜，這種傾斜的光型只能用于某些特定大燈功能。當然還有另一種解決方案是把不同的微透鏡單元錯位排布，根據大燈面罩或飾圈的輪廓沿y軸或z軸布置成仿3D外形，如圖5所示。MLA模組的光輸出取決于微透鏡陣列的尺寸大小，因此我們可以通過改變MLA陣列的尺寸和幾何結構來實現不同照明等級的前大燈。比如對入門級的大燈，可以配備小尺寸和簡單的形狀，而對高配的前大照燈則用更大的尺寸，從而實現復雜的幾何造型和更高的照明性能。
圖5：MLA陣列實現3D造型的方案。通過改變MLA陣列中的微透鏡單元形狀、遮光開口輪廓和微透鏡單元數量能夠實現不同的光型（圖6）和不同的光強。這意味著用MLA陣列有實現AFS和ADB功能的可能。對遠光來說，甚至有可能用單個的微透鏡模組實現單個矩陣分區，從而實現自適應遠光。圖6：MLA光型 (a)廣角近光, (b) 截止線近光, (c) 和 (d) ADB 分區光型同時對MLA模組來說，另一個需要考慮的是外形，即產生不同光型的MLA外形是不同的。比如對于廣角近光、截止線近光和遠光，從不同視角看到的MLA外觀是不同的。基于MLA陣列的模組設計的另一大優點是極小的X向安裝空間。圖7顯示了LED模組和MLA模組之間安裝尺寸的對比。通常led模組在x方向上的深度約為100-200mm（包括散熱器和風扇），但MLA模組的尺寸可以縮小到30-50mm（包括散熱器和風扇）。圖7對比了兩者之間核心光學零件的尺寸差異，因為MLA陣列的透鏡厚度只有幾毫米。加上全反射準直透鏡，整個光學零件的x方向深度只有大約15 mm。此外，MLA模組的高度也可以大幅降低。普通LED模組的高度主要由led模組透鏡的高度決定，而對于MLA模組，高度是由全反射準直透鏡的高度決定的。因此，使用MLA技術的遠近光模組可以實現<10mm的模組高度。盡管MLA模組在安裝空間和造型靈活性上有著無可企及的優勢，但是最大的挑戰在生產制造工藝上。MLA光學系統的縮小意味著制造公差也會同比例的縮小。與傳統led模組相比，圖像放大了20-50倍，因此光學元器件的公差和表面偏差也必須減小到微米甚至亞微米的范圍。此外，不僅每個微透鏡零件的制造公差（主要是圖1中的（3）、（4）和（5））要求非常精確，而且不同零件間在不同方向上的定位也要求非常精確。這意味著MLA的產業化需要一種全新的半導體思維方式。常見的車燈制造工藝，比如塑料的注塑成型或金屬板材切割工藝已經不再適用于MLA的制造。因此需要采用從半導體行業的生產制造技術, 而這些新的制造方法必須適應于汽車照明應用的MLA陣列的生產。由于微透鏡陣列是通過與半導體行業共享的工藝制造的，因此MLA技術具有與硅芯片相同的質量優勢。MLA陣列最廣為人知的應用是投影燈。早在2016年，寶馬就已經擁有了獨特創新的迎賓地毯燈"天使之翼"。當車主用鑰匙解鎖車輛或是打開車門時，就可看到投射在地上的迎賓光毯，可以在夜幕中每一次的上下車都有走紅毯般的儀式感。在這篇文章中，我們介紹了基于微投影陣列的遠近光方案。在實現造型的靈活多變方面，微投影陣列方案展示出了巨大的潛力，而且能使車廠實現造型和品牌辨識度從白天到夜間的全天候貫穿。另一個卓越的優勢是其光學系統的小尺寸，特別是在x方向，非常顯著的減少了安裝空間。最后，MLA陣列也可以實現多種光型，因此有了實現AFS和ADB功能的可能。然而，目前MLA陣列在生產制造方面仍然存在一些挑戰。但是毫無疑問，隨著技術的不斷進步和成本的不斷降低，我們將可能很快看到它在遠近光照明上量產的那一天。為促進智能車燈行業的發展，艾邦智能汽車俱樂部搭建有智能車燈微信群，歡迎主機廠，配套供應商，光源，半導體，材料，設備等企業加入微信群。
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原文始發于微信公眾號（智能汽車俱樂部）：微透鏡陣列車燈介紹 - MLA
