技术文章 | 下一代DMD前照灯模块 ——最大限度地提高光学效率和超紧凑的系统封装

原文作者：Gerald Uhlenberg, Alex Wang, Huang-Ping Chiu, Murphy Kao

单位名称：TQ Technology, Taiwan/Germany

编译：井硕   张小月

指导：林燕丹

超高像素前照灯系统是近几年汽车行业研究发展的重点。近几年，诸如LCD, DMD, 激光等呈像技术已有实际应用。但各自有各自的优缺点。增加前照灯的分辨率不仅仅为了提升现有功能如AFS或者无眩光远光灯ADB，还可以更好发挥新功能。比如：向路面投影符号以帮助驾驶员等。

德州仪器的DLP技术是一个值得我们借鉴的汽车前照灯应用。因为其高像素，快速响应以及适用温度范围宽泛。可以很好地为汽车前照灯服务。同时DMD通常被称为数字光处理(DLP), 已经在各个领域有广泛应用。在汽车前照灯领域是2018年奔驰S级轿车上首次使用。

一个使用DLP技术的高像素前照灯的传统配置会包含不同反射或者投影等不同模块。通常包括：近光灯基础照明系统，LED矩阵模块，其中这两处无需高像素。第三部分则是高像素模组。其主要光学参数是源于实际使用，比如视野，光强度和分辨率。另外光学效率以及尺寸因素同样是考虑的重点。

如上所述，DMD前照灯系统需要优化各类参数。在现有的开发项目中关键参数为：光通量大于1000lm，对比度大于150：1和16°x 8°的视场(FOV)，如图一所示。系统包含光源，折叠式反射镜，光圈和透镜。LED光源的参数为：6000mA下光通量为3400lm。DMD是一块具有130万像素的0.55寸平板，额定光效率为66%。投影镜头经过精心设计，以实现最佳整体效率和成像质量。镜片是玻璃材质。当DMD处于OFF状态时，可以使用光圈消除杂散光，以提高对比度。

图一：光学系统解析图

为了判断和比较光学性能，需要计算或者模拟光学调制传递函数(MTF)。MTF被用于测量光学系统在特定分辨率下呈现实物对比度的情况。如图二所示。其调制函数的结果在23线对/mm情况下均大于0.5，因此证明光学性能是符合使用要求的。

图二：MTF模拟结果，23线对/mm下大于0.5，符合需求结果

传统电气系统构架如图三所示。包括车身控制模块（BCM），车前道路图像检测，以及DMD控制元件。

图三：电气示意图

本文介绍的是德州仪器芯片组，DMD控制器DLPC230，TPS99000系统管理和控制ASIC以及DMD温度检测。LED驱动器和控制风扇的设备放置在单独的外壳中，但是可以针对任何特定的安装要求进行修改。

外观尺寸如图四所示。为130（长）x120（宽）x107（高）mm。紧凑的设计方便其安装在近光灯模组以及矩阵模组分开的传统前照灯中。投影透镜的直径是40mm，如需考虑遮光板的设计，可以将其矩形化，也不会影响性能。

就温度控制而言，关键点在于保证高功率LED灯系统的结区温度在标定值以下。DMD作为主要发热来源，必须要保证其在许用温度以下。我们选择了额外的风扇以及嵌入式冷却系统。由于尺寸的约束，为了保证最优的温度控制，需要首先进行模拟仿真，其次根据各类测试来验证。

简而言之，现在这个前照灯系统的光学表现已经达到了最初设计的需求。对于热检测，由于LED结温是影响寿命及可靠性的关键因素，因此，我们测试了在不同环境温度下的结温情况。随着周围环境温度从25℃到85℃，结温从约104℃升高到140℃。所有结温均符合LED器件规范的。对冲击和振动可靠性进行了广泛的测试。举例来说，本模块按照Q/CC JT077-2013进行测试。经过7小时实验，检查模块的结构和光学性能，结果表明没有结构损坏。

本文中，已经对基于DMD微镜设备作为高分辨率中央呈像元件的前照系统设计，测试以及验证进行了讨论。总的来说，紧凑化设计已经实现了。并且，该系统已经通过了广泛的冲击，振动，温度测试。因此其可靠性已经得到验证。我们相信DMD前照系统可以显著提高驾驶员的安全性以及舒适性并且一定能在市场上据有以一席之地。

文章来自中国国际汽车照明论坛论文集