用于汽車外部照明的DLP®動(dòng)態(tài)地面投影技術(shù)

    簡(jiǎn)介

    動(dòng)態(tài)地面投影技術(shù)能夠在同一模塊內(nèi)顯示任何圖案，該技術(shù)通過(guò)提供全新的創(chuàng)新型照明功能，重塑消費(fèi)者對(duì)外部照明的認(rèn)知。創(chuàng)新型照明功能包括汽車光“毯”，可照亮車外的周圍區(qū)域或從側(cè)視鏡投影車輛信息，例如 EV 電量水平和剩余里程、輪胎壓力警告、交通警告、轉(zhuǎn)向指示、檢查引擎燈警告、汽油量/里程等。地面照明還有幫助汽車與駕駛員和行人進(jìn)行通信的其他增強(qiáng)功能，包括角落照明、倒車照明、車輛定制和停車指示燈。

    動(dòng)態(tài)地面照明系統(tǒng)支持高分辨率投影，可實(shí)現(xiàn)更清晰的通信和更安全的駕駛。這些系統(tǒng)還需要足夠的緊湊和小巧（長(zhǎng)度約 50mm，寬度和高度約25mm），這樣才能安裝在車門、側(cè)視鏡、前照燈、尾燈或嵌入在前后保險(xiǎn)杠等位置。DLP® 技術(shù)可在地面或車輛周圍的其他表面上投影動(dòng)態(tài)內(nèi)容，具有諸多優(yōu)勢(shì)：不僅支持車輛與行人通信，還能以更直觀的方式向周圍車輛傳達(dá)駕駛員較為復(fù)雜的信息。

    汽車照明簡(jiǎn)史

    近幾十年來(lái)，汽車照明系統(tǒng)發(fā)生了許多變革，其中尾部、側(cè)面和前方照明采用的照明技術(shù)有很大變化。汽車前照燈光源從鹵鎢燈演變?yōu)楦邚?qiáng)度放電燈泡再到大功率白光 LED，實(shí)現(xiàn)了更高的光通量和效率并延長(zhǎng)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(yuǎn)光燈、近光燈和霧燈功能。類似布局與后燈及后霧燈相結(jié)合，可提供多種信號(hào)功能。其他車裝照明包括用于冗余轉(zhuǎn)向信號(hào)的側(cè)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(biāo)照明，甚至是位于車門內(nèi)部的投影徽標(biāo)燈。

    汽車照明系統(tǒng)必須遵守美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局或歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)和反射器件的規(guī)定。前照燈安全要求也愈發(fā)嚴(yán)格，提出了強(qiáng)制性光形規(guī)定和精密光度測(cè)定要求。設(shè)計(jì)人員必須遵守這些要求，同時(shí)還應(yīng)滿足制造商關(guān)于汽車外形的實(shí)用性和裝飾性要求。DLP 技術(shù)不僅可通過(guò)數(shù)字微鏡器件 (DMD)（一種可編程微電子機(jī)械系統(tǒng)反射陣列）補(bǔ)充任何光源來(lái)輕松滿足這些要求，而且還能進(jìn)一步增強(qiáng)光束的整體功能。

    DLP 技術(shù)概覽

    DLP 技術(shù)可通過(guò)使用 DMD 顯示動(dòng)態(tài)內(nèi)容。DMD 包含多達(dá) 830 萬(wàn)個(gè)微鏡，這些微鏡可在兩個(gè)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(shù)還需要后續(xù)圖像處理、存儲(chǔ)器、光源和投影光學(xué)元件來(lái)控制系統(tǒng)和顯示動(dòng)態(tài)內(nèi)容。

圖 1. DLP 技術(shù)通過(guò)高速控制數(shù)百萬(wàn)個(gè)微鏡來(lái)顯示高分辨率圖像。

    DMD 通過(guò)單獨(dú)切換微鏡來(lái)再現(xiàn)圖案，這些微鏡構(gòu)成了所投影內(nèi)容的像素。下面從五個(gè)方面介紹一下DLP 技術(shù)對(duì)汽車照明系統(tǒng)的重要作用。

    可重復(fù)編程性

    DLP 技術(shù)可動(dòng)態(tài)更改內(nèi)容，無(wú)需修改所連接的任何光學(xué)元件。如果與舞臺(tái)照明應(yīng)用中常用的“遮光板”（也稱為 Gobo）等常見(jiàn)的靜態(tài)投影技術(shù)相比，那么此功能的優(yōu)勢(shì)會(huì)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(shù)已應(yīng)用于定制路面照明燈中，但用于汽車外部照明的 DLP® 動(dòng)態(tài)地面投影技術(shù)圖像是不可修改的，因此必須包含完全獨(dú)立的模塊才能生成一個(gè)靜態(tài)圖像。

    DLP 技術(shù)完全可編程，可在不同時(shí)間實(shí)現(xiàn)多個(gè)圖像的投影。例如，在側(cè)視鏡燈座內(nèi)實(shí)現(xiàn)定制照明的同時(shí)，還可根據(jù)需要投影車門打開警告標(biāo)志，或根據(jù)用戶需求和路況更新其他復(fù)雜的圖像。例如，當(dāng)車門打開或駕駛員將手放到車門把手上時(shí)，將會(huì)投影警告標(biāo)志，提醒車門即將打開。對(duì)于停在自行車車道附近的汽車來(lái)說(shuō)，這會(huì)很有幫助。

    全色域支持

    靜態(tài)投影技術(shù)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(jìn)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(shù)可將紅色、綠色和藍(lán)色 LED 脈沖或激光脈沖快速傳輸?shù)?DMD，從而實(shí)現(xiàn)全色支持。DMD 的切換速度為幾微秒，因此可對(duì)上述三種顏色使用單一成像儀來(lái)生成炫麗的影像和視頻。

    不受光源約束

    由于 DLP 技術(shù)是一種基于反射的技術(shù)，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(shù)可在汽車照明和通信系統(tǒng)中適應(yīng)各種波長(zhǎng)范圍（包括可見(jiàn)光和近紅外光）的多種照明技術(shù)。

    已滿足汽車級(jí)要求

    汽車級(jí) 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(guò)汽車集成電路必要的靜電放電認(rèn)證，這為在當(dāng)前的汽車照明系統(tǒng)中應(yīng)用 DLP 技術(shù)提供了支持。

    外形小巧

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

    DLP 技術(shù)用例

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

    小車外燈

    DLP 技術(shù)可大大擴(kuò)展汽車小車外燈的功能，包括車門內(nèi)部、腳踏板或側(cè)視鏡底部位置的小車外燈DLP 技術(shù)無(wú)需其他可移動(dòng)組件即可生成動(dòng)態(tài)圖像。因此，當(dāng)駕駛員靠近車輛時(shí)，可使用小車外燈從側(cè)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(biāo)或其他樣式的圖像和視頻。利用這些功能，原始設(shè)備制造商可通過(guò)小車外燈，而不是如今車燈生成的靜態(tài)徽標(biāo)，來(lái)充分定制傳播訊息和進(jìn)行品牌推廣。車燈只能顯示單一圖案，無(wú)法用于與行人或駕駛員通信。

圖 2. 從側(cè)視鏡向地面投影徽標(biāo)的小車外燈。

    汽車光毯

    側(cè)視鏡燈可同時(shí)執(zhí)行多種功能，用作標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向信號(hào)以及在車輛側(cè)面區(qū)域投射跨越整個(gè)車輛長(zhǎng)度的光毯（圖 3）。當(dāng)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(shí)，這類照明尤其有用。

圖 3. 從車輛上的多個(gè)位置投影的汽車光毯。

    警告駕駛員和乘客

    DLP 技術(shù)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(shì)更為先進(jìn)。使用 DLP 技術(shù)生成的警告可采用在路面顯示可視信息的形式，指示危險(xiǎn)路況或特殊交通區(qū)（如施工場(chǎng)地或?qū)W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(guò)馬路”字樣的預(yù)設(shè)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(dòng)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(dá)眾所周知難以說(shuō)清楚的簡(jiǎn)單意圖，例如調(diào)頭 (U-turn) 或轉(zhuǎn)彎 (K-turn)。出租車可使用符號(hào)投影來(lái)警告來(lái)往車輛，有一輛車即將徹底停下來(lái)，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(diǎn)的車輛可通過(guò)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(dá)給經(jīng)過(guò)的車輛和騎車人（圖 4）。

圖 4. 駕駛員可通過(guò)后燈在車后的地面上投影行駛路線，從而廣播其預(yù)期軌跡。

    廣播意圖：公用車

    消防車、救護(hù)車或警車可公布其準(zhǔn)確路線，讓附近車輛的駕駛員更好地了解應(yīng)該駛到何處以讓道。警車可傳達(dá)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(zhuǎn)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(dá)需要他們后退以便成功轉(zhuǎn)彎的意圖。公共汽車可投影駛進(jìn)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(dòng)軌跡。載有超大貨物的牽引式掛車在經(jīng)過(guò)狹小空間時(shí)，可投影出其他車輛應(yīng)該讓出的準(zhǔn)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(biāo)志，而不是使用標(biāo)準(zhǔn)停車標(biāo)志。

    路線引導(dǎo)

    DLP 子系統(tǒng)可利用圖形（例如顯示本不存在的車道線）擴(kuò)大駕駛員的視野，從而輔助導(dǎo)航。這一想法可建立在實(shí)時(shí)視覺(jué)導(dǎo)向的基礎(chǔ)上，在幫助駕駛員的同時(shí)，向附近車輛公布駕駛員接下來(lái)的行駛方向。

    結(jié)論

    動(dòng)態(tài)地面投影是汽車照明系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向，同時(shí)也是自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。單獨(dú)控制投影系統(tǒng)中數(shù)百萬(wàn)像素的功能可實(shí)現(xiàn)各種車輛應(yīng)用。與 Gobo 等其他靜態(tài)投影技術(shù)相比，DLP 技術(shù)提供更大的靈活性和具有高分辨率的小巧、可重復(fù)編程的多色平臺(tái)。此外，因其相對(duì)成本效益、適應(yīng)不同光源的靈活性以及總體效率，DLP 技術(shù)在眾多動(dòng)態(tài)數(shù)字投影技術(shù)中處于領(lǐng)先地位。鑒于 DLP 芯片組已經(jīng)符合汽車級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并具有特定于汽車應(yīng)用的定制處理功能，其上市時(shí)間可能會(huì)縮短。通過(guò)充分利用這些技術(shù)飛躍并為捷變光束照明和消息/符號(hào)投影實(shí)施 DMD 等空間光調(diào)制器，汽車照明行業(yè)有可能受益匪淺。

    來(lái)源：德州儀器

    作者：Kevin Chen1