在智能汽车飞速发展的今天，汽车不再只是一种驾驶工具，它是家的延伸、办公空间的拓展也是行动的娱乐空间。而在充份发挥“光”的设计技术后，更直观的体现个性化。想象一下当你坐在驾驶座上，仪表盘的数字和图标不再是静止的，而是动态投影出的立体影像，仿佛在仪表盘上跳动，为你提供最直观的驾驶信息。在夜晚，车辆的底部投影出璀璨的光毯，不仅增加了行车的安全性，也大大提升了车辆的科技感和未来感。当你打开车门，地面上立刻出现欢迎光毯，而车门上则投影出车辆的标志或者你的名字，这一切都让你感到独特和个性化。融合这些梦幻又个性化的光学技术使科技与艺术得以完美结合，也带给我们全新的驾驶体验。而将驾驶体验推向一个全新的维度的技术之一正是源于仿生学中昆虫复眼结构的微透镜阵列技术。
▲ 图1 光毯示例(© Driving Vision News 2022)
微透镜阵列在汽车投影灯中的应用
微透镜阵列（Micro Lens Array，简称MLA），是由许多直径在1毫米或更小的微型透镜组成的阵列，源于仿生学中的昆虫复眼结构。这些阵列通常由玻璃基板和两侧的塑料透镜阵列构成，并主要应用于汽车行业中的投影应用，例如标志投影仪或光毯灯。由于其尺寸较小且能够将图像投影到目标表面上，因此非常适合这些应用。
MLA采用半导体式晶圆量产工艺制造，并且切割成单个部件。这种工艺确保了光学元件与掩模版之间能实现高度对准精度，这对于投影仪来说至关重要，因为通过透镜投影出的图像需要在远处精准重叠，否则重叠的图像就会出现错位，导致成像质量下降。
微透镜阵列的光学设计
在光学设计阶段，LucidShape软件能够对MLA进行精细的设计和调整，可自动设计单个透镜并生成矩形阵列。设计者可以在MF-Lens对话框中轻松调整透镜阵列的尺寸和间距，为MLA的设计提供了极大的便利。
以一个5x5的透镜阵列为例，每个透镜的尺寸为1x1mm，透镜层的厚度为0.2mm，由塑料制成；而玻璃层的厚度则为3mm。掩模版位于塑料透镜材料内部的玻璃层上方。
▲ 图2 一个5x5带掩膜版的微透镜阵列的示例，可以将符号投影到地面上
计算和处理掩模表面
在完成光学系统设计并确定投影区域后，设计者需要选择图像并计算相应的掩模版。需要在LucidShape坐标系统内生成所需图像形状的CAD表面并将其导入LucidShape,接着对其添加光线数据接收器。
通过运行光线追迹功能，设计者可以收集进入图像表面的所有光线，并反向追踪直至掩模版平面。位于掩模版平面上的照度接收器能够收集照度分布，将其转换成表面并导出到CAD进行处理，而设计者将导出的表面处理成可用的掩模版表面后，可重新导入LucidShape并模拟验证。这一系列的精细操作保证了MLA的设计质量和投影效果。
▲ 图3 10x10 MLA 的掩模，在每个象限显示不同图片，可用于动画投影
结论
微透镜阵列（MLA）在汽车投影应用中扮演着重要的角色。利用LucidShape软件，可以高效地设计和优化这些阵列。该软件还能够计算任意投影平面上目标图像的掩模版。尽管存在一定限制，但是通过使用多个掩模版和LED，设计者仍然可以创造出丰富的小型动画，从而使MLA的应用更具灵活性。这项技术正在不断发展，其应用的可能性也在不断扩大，我们有理由相信，MLA将在未来带给我们更多的惊喜。
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