如今的汽車車燈，它的個(gè)性化造型和品牌辨識(shí)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(dú)特的品牌標(biāo)志。而車燈造型師的一大任務(wù)就是將這種酷炫的品牌標(biāo)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(jīng)介紹，車燈潮流有一個(gè)無法回避的趨勢，即是車燈的扁平化。縮小傳統(tǒng)透鏡模組的尺寸，這不僅會(huì)使光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，而且導(dǎo)致效率的降低和均勻性惡化。與此同時(shí)，新車型的高度越來越小，越來越細(xì)長。因此，必須找到新的光學(xué)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(shù)為扁平化大燈提供了一種技術(shù)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(guī)律排列而成的陣列，多數(shù)是按正方形排列。透鏡陣列標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用在高靈敏度成像、激光勻化、分束、波前傳感、光束聚焦和準(zhǔn)直等領(lǐng)域。微透鏡又可以稱為復(fù)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(shè)計(jì)的模塊；典型MLA的尺寸為11.4mm x 10.7mm x 3.0mm
圖2：MLA光學(xué)原理圖。包含led光源(1)和全反射準(zhǔn)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(gè)光學(xué)原理圖，基于MLA的投影照明組件由LED光源、準(zhǔn)直透鏡和微透鏡陣列組成。它的光學(xué)原理是基于照明光學(xué)和投影光學(xué)的結(jié)合。首先led光源（1）發(fā)出的光通過一個(gè)全反射準(zhǔn)直透鏡（2），準(zhǔn)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(gè)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(cè)展示的是MLA陣列的一個(gè)微透鏡單元放大圖，每個(gè)微透鏡單元都是一個(gè)完整的光學(xué)投影模塊（組件3-5）。通過橫向和縱向復(fù)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(diào)節(jié)微透鏡單元（3-5）數(shù)量和和全反射準(zhǔn)直透鏡（1-2）的尺寸，當(dāng)然也可以改變LED光源的光通量。如果陣列中的每個(gè)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(jù)MLA陣列產(chǎn)生的近光光型的一個(gè)光學(xué)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(gòu)成。因此，通過使聚光透鏡適應(yīng)于目標(biāo)光型，可以提高M(jìn)LA的效率，從某種程度來講目標(biāo)光型幾乎是通過聚光透鏡來形成的。通過遮光開口的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)光型的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和截止線下方的高照度。擁有數(shù)千個(gè)MLA微透鏡，并且可以為每個(gè)微透鏡計(jì)算一個(gè)單獨(dú)的遮光開口，使MLA模組可以自由形成不同的光型。通過每個(gè)遮光開口對(duì)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(jì)算出每個(gè)微透鏡的遮光開口形狀。在需要高照度的角度，計(jì)算的遮光開口可以是全開的。為了達(dá)到較低的照度，部分遮光開口會(huì)逐步關(guān)閉。大量的微透鏡單元和遮光開口幾乎可以實(shí)現(xiàn)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。
Section 2 微透鏡陣列燈的特點(diǎn)
MLA陣列可以進(jìn)行不同的排列組合，從而得到各種異形的遠(yuǎn)近光模組，這是MLA相對(duì)于其它方案用于前大燈的最大優(yōu)點(diǎn)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(xué)效率，這兩者都與MLA陣列的尺寸和形狀有關(guān)。
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(shí)現(xiàn)3D外形，可能會(huì)有一些限制，因?yàn)?D外形意味著微透鏡陣列需要一定角度的傾斜，從而產(chǎn)生的光型也會(huì)傾斜，這種傾斜的光型只能用于某些特定大燈功能。當(dāng)然還有另一種解決方案是把不同的微透鏡單元錯(cuò)位排布，根據(jù)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(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)不同照明等級(jí)的前大燈。比如對(duì)入門級(jí)的大燈，可以配備小尺寸和簡單的形狀，而對(duì)高配的前大照燈則用更大的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何造型和更高的照明性能。
圖5：MLA陣列實(shí)現(xiàn)3D造型的方案。
2、微透鏡陣列大燈實(shí)現(xiàn)的光型
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(shù)量能夠?qū)崿F(xiàn)不同的光型（圖6）和不同的光強(qiáng)。這意味著用MLA陣列有實(shí)現(xiàn)AFS和ADB功能的可能。對(duì)遠(yuǎn)光來說，甚至有可能用單個(gè)的微透鏡模組實(shí)現(xiàn)單個(gè)矩陣分區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)遠(yuǎn)光。
圖6：MLA光型 (a)廣角近光, (b) 截止線近光, (c) 和 (d) ADB 分區(qū)光型
同時(shí)對(duì)MLA模組來說，另一個(gè)需要考慮的是外形，即產(chǎn)生不同光型的MLA外形是不同的。比如對(duì)于廣角近光、截止線近光和遠(yuǎn)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(shè)計(jì)的另一大優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(fēng)扇），但MLA模組的尺寸可以縮小到30-50mm（包括散熱器和風(fēng)扇）。圖7對(duì)比了兩者之間核心光學(xué)零件的尺寸差異，因?yàn)镸LA陣列的透鏡厚度只有幾毫米。加上全反射準(zhǔn)直透鏡，整個(gè)光學(xué)零件的x方向深度只有大約15 mm。
圖7：MLA模組和LED模組的光學(xué)尺寸對(duì)比
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(duì)于MLA模組，高度是由全反射準(zhǔn)直透鏡的高度決定的。因此，使用MLA技術(shù)的遠(yuǎn)近光模組可以實(shí)現(xiàn)<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(yōu)勢，但是最大的挑戰(zhàn)在生產(chǎn)制造工藝上。MLA光學(xué)系統(tǒng)的縮小意味著制造公差也會(huì)同比例的縮小。與傳統(tǒng)led模組相比，圖像放大了20-50倍，因此光學(xué)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(gè)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(chǎn)業(yè)化需要一種全新的半導(dǎo)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(jīng)不再適用于MLA的制造。因此需要采用從半導(dǎo)體行業(yè)的生產(chǎn)制造技術(shù), 而這些新的制造方法必須適應(yīng)于汽車照明應(yīng)用的MLA陣列的生產(chǎn)。由于微透鏡陣列是通過與半導(dǎo)體行業(yè)共享的工藝制造的，因此MLA技術(shù)具有與硅芯片相同的質(zhì)量優(yōu)勢。
Section 3 微透鏡陣列的其它應(yīng)用
MLA陣列最廣為人知的應(yīng)用是投影燈。早在2016年，寶馬就已經(jīng)擁有了獨(dú)特創(chuàng)新的迎賓地毯燈"天使之翼"。當(dāng)車主用鑰匙解鎖車輛或是打開車門時(shí)，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(yuǎn)近光方案。在實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)造型和品牌辨識(shí)度從白天到夜間的全天候貫穿。另一個(gè)卓越的優(yōu)勢是其光學(xué)系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)多種光型，因此有了實(shí)現(xiàn)AFS和ADB功能的可能。然而，目前MLA陣列在生產(chǎn)制造方面仍然存在一些挑戰(zhàn)。但是毫無疑問，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的不斷降低，我們將可能很快看到它在遠(yuǎn)近光照明上量產(chǎn)的那一天。
為促進(jìn)智能車燈行業(yè)的發(fā)展，艾邦智能汽車俱樂部搭建有智能車燈微信群，歡迎主機(jī)廠，配套供應(yīng)商，光源，半導(dǎo)體，材料，設(shè)備等企業(yè)加入微信群。
推薦閱讀：
活動(dòng)推薦：邀請函：2021智能車燈創(chuàng)新技術(shù)及供應(yīng)鏈高峰論壇（11月18日 江蘇常州）
閱讀原文，在線報(bào)名
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（智能汽車俱樂部）：微透鏡陣列車燈介紹 - MLA
