用於汽車外部照明的動態地面投影技術
作者 : Brandon Seiser，德州儀器(TI)產品行銷工程師
動態地面投影技術(DLP)能夠在同一模組內顯示任何圖案，該技術通過提供全新的創新型照明功能，重塑消費者對外部照明的認知。
創新型照明功能包括汽車光毯，可照亮車外的周圍區域或從側視鏡投影車輛資訊，例如EV電量水準和剩餘里程、輪胎壓力警告、交通警告、轉向指示、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行通信的其他增強功能，包括角落照明、倒車照明、車輛定制和停車指示燈。
動態地面照明系統支援高解析度投影，可實現更清晰的通信和更安全的駕駛。這些系統還需要足夠的緊湊和小巧(長度約50mm，寬度和高度約25mm)，這樣才能安裝在車門、側視鏡、前照燈、尾燈或嵌入在前後保險杠等位置。
DLP技術可在地面或車輛周圍的其他表面上投影動態內容，具有諸多優勢：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駕駛員較為複雜的資訊。
汽車照明簡史
近幾十年來，汽車照明系統發生了許多變革，其中尾部、側面和前方照明採用的照明技術有很大變化。汽車前照燈光源從鹵鎢燈演變為高強度放電燈泡再到大功率白光LED，實現了更高的光通量和效率並延長了工作壽命。
許多前照燈利用包含反射透鏡和透鏡系統的集成光源配置，提供遠光燈、近光燈和霧燈功能。類似佈局與後燈及後霧燈相結合，可提供多種信號功能。其他車裝照明包括用於冗餘轉向信號的側視鏡照明、夜間照明以及中央高位刹車燈(CHMSL)。輔助車輛照明包括其他定制功能，例如汽車製造商廠標(logo)照明，甚至是位於車門內部的投影廠標燈。
汽車照明系統必須遵守美國國家公路交通安全管理局或歐洲經濟委員會關於標準化信號和反射元件的規定。前照燈安全要求也越來越嚴格，提出了強制性光形規定和精密光度測定要求。設計人員必須遵守這些要求，同時還應滿足製造商關於汽車外形的實用性和裝飾性要求。DLP技術不僅可通過數位微鏡片元件(DMD, 一種可程式設計微電子機械系統反射陣列)補充任何光源來輕鬆滿足這些要求，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顯示動態內容。DMD包含多達830萬個微鏡片，這些微鏡片可在兩個位置之間切換，從而根據電輸入重定向入射光(圖1)。該技術還需要後續影像處理、記憶體、光源和投影光學元件來控制系統和顯示動態內容。
圖1：DLP技術透過高速控制數百萬個微鏡片顯示高分辨率圖像。
DMD通過單獨切換微鏡片來再現圖案，這些微鏡片構成了所投影內容的圖元。下面從五個方面介紹一下DLP技術對汽車照明系統的重要作用。
可重複程式設計性
DLP技術可動態更改內容，無需修改所連接的任何光學元件。如果與舞臺照明應用中常用的遮光板(也稱為Gobo)等常見的靜態投影技術相比，那麼此功能的優勢會更明顯。Gobo投影儀利用類似於範本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於定制路面照明燈中，但圖像是不可修改的，因此必須包含完全獨立的模組才能生成一個靜態圖像。
DLP技術完全可程式設計，可在不同時間實現多個圖像的投影。例如，在側視鏡燈座內實現定制照明的同時，還可根據需要投影車門打開警告標誌，或根據使用者需求和路況更新其他複雜的圖像。例如，當車門打開或駕駛員將手放到車門把手上時，將會投影警告標誌，提醒車門即將打開。對於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
靜態投影技術通常局限於以單一顏色顯示圖像。例如，Gobo利用二向色範本進行彩色圖像投影，但二向色濾鏡只能產生單一顏色。
DLP技術可將紅色、綠色和藍色LED脈衝或雷射脈衝快速傳輸到DMD，從而實現全色支持。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
由於DLP技術是一種基於反射的技術，因此可使用任何類型的光源，包括LED和鐳射二極體，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。憑藉這種靈活性，DLP技術可在汽車照明和通信系統中適應各種波長範圍(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IC現可在–40℃至105℃的工作溫度範圍正常工作，並通過汽車IC必要的靜電放電認證，這為在當前的汽車照明系統中應用DLP技術提供了支援。
外形小巧
汽車照明系統的主要目標是增強汽車的美感呈現。除了汽車的總體外形和材質外，照明系統是打造汽車精緻外觀的關鍵要素。汽車車燈的形狀設計涉及許多工作，通常，內部電路的容差更為嚴格。整個DLP子系統可輕鬆安裝到側視鏡內的狹槽中或汽車四周的其他狹小區域。
DLP技術用例
鑒於這些優勢，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，包括車門內部、腳踏板或側視鏡底部位置的小車外燈。DLP技術無需其他可移動元件即可生成動態圖像。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廠標或其他樣式的圖像和視頻。利用這些功能，原始設備製造商可通過小車外燈，而不是如今車燈生成的靜態標誌，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，無法用於與行人或駕駛員通信。
汽車光毯
側視鏡燈可同時執行多種功能，用作標準轉向信號以及在車輛側面區域投射跨越整個車輛長度的光毯(圖2)。當駕駛員在光照昏暗的區域或是在夜間離開或接近車輛時，這類照明尤其有用。
圖2：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，比駕駛員目前用於警告他人的閃光燈和手勢更為先進。使用DLP技術生成的警告可採用在路面顯示可視資訊的形式，指示危險路況或特殊交通區(如施工場地或學校區域)等資訊。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)。計程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，並可向地面投影，提醒有乘客即將下車。
將要退出車道並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後投射其路徑，指示其最終停車位置，從而將其意圖清楚地傳達給經過的車輛和騎士(圖3)。
圖3：駕駛員可通過後燈在車後的地面上投影行駛路線，廣播預期路徑。
廣播意圖：公用車
消防車、救護車或警車可公佈其準確路線，讓附近車輛的駕駛員更好地瞭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，可能需要向後方的駕駛員傳達需要他們後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瞭解其移動軌跡。載有超大貨物的牽引式掛車在經過狹小空間時，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誌，而不是使用標準停車標誌。
路線引導
DLP子系統可利用圖形(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。這一想法可建立在即時視覺導向的基礎上，在幫助駕駛員的同時，向附近車輛公佈駕駛員接下來的行駛方向。
結論
動態地面投影是汽車照明系統的未來發展方向，同時也是自我調整遠光燈技術的發展趨勢。單獨控制投影系統中數百萬圖元的功能可實現各種車輛應用。與Gobo等其他靜態投影技術相比，DLP技術提供更大的靈活性和具有高解析度的小巧、可重複程式設計的多色平臺。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技術在眾多動態數位投影技術中處於領先地位。
鑒於DLP晶片組已經符合汽車級標準，並具有特定於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並為捷變光束照明和消息/符號投影實施DMD等空間光調製器，汽車照明行業有可能受益匪淺。
原文刊登於EDN China網站
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