微透镜阵列(microlens arrays)是基于科勒照明原理，具备将光源的每个点投射到整个目标平面上的特殊性。因此，目标平面的均匀性与光源无关。MLAs又称复眼聚光镜，可分为成像MLAs和非成像MLAs。非成像MLAs由一组透镜阵列和MLA后面的一个聚光透镜组成。所有微透镜的焦点都位于聚光器的焦平面上，而每个焦点的空间光在不同的角度下被折射到无限远，这些光线在聚光器的后焦平面上进行叠加得到均匀的照明。成像MLA或较优的双面微透镜阵列，由两个相互同心定位的透镜阵列组成。通常，第二个透镜阵列的焦平面置于第一个MLA的每个光圈的中心。光线通过第一个透镜的开口由专用的第二个透镜投射到无限远处，然后在聚光镜的后焦平面上进行叠加。

MLAs一般用于激光的均匀化、斑点抑制或显微镜照明。通过对相关参数的优化，也可以用于汽车照明。

MLA需要几乎平行的光线作为照明侧的输入。放置在每个LED前面的光学元件将光源发出的光汇成一束发散角度很小的光线。

将遮光器置于两个透镜阵列之间的一个中间平面上，直接置于第二个透镜阵列的焦平面上，根据所有遮光器形状的叠加形成所需的光分布。每个遮光器都将第一个透镜阵列（称之为照明透镜）所照亮。对于一个前照灯，所有的遮光器控制全部或部分的光分布。遮光器的形状通过第二个透镜阵列（称之为投影透镜）投射到街道上。为了提高系统的光学效率，需要根据一些特殊的相关性关系对照明透镜和投影透镜进行优化。第一个透镜阵列、遮光器和第二个透镜阵列组装在一个光学部件中。

近光灯光分布根据客户需求定制，且必须满足ECE R123的法规要求。如上所述，成像MLA通过光线叠加可提供均匀的照明。前照灯的光分布通常由不同的梯度构成(见图1)。因此，通过使照明透镜适应于目标光分布，可以提高成像MLA的效率，从某种程度来讲目标光分布几乎是通过照明透镜来形成的。通过遮光器形状设计的可实现对光分布的精准调节和截止线下方的高照度。拥有数千个镜头，并且可以为每个镜头计算一个单独的遮光器，使该系统可以自由形成不同的光分布。通过每个遮光器对光线的遮挡，可以得到目标光分布(见图1)。

通过应用一些假设，可以计算出每个镜头的单独遮光器。在需要高照度的角度，计算的遮光器是全开的。为了达到较低的照度，部分遮光器会逐步关闭。

 系统中大量的透镜和遮光器几乎可以实现照明立体角允许的所有光分布，这一角度受到LED MLA模块提供的最大照度限制。

 图2显示了使用图1所示的真实光分布作为计算输入的模拟光分布。

图2应用计算出的遮光器对MLA光分布进行模拟。目标是达到图1所示的分布。

MLA畸变和杂散光导致了目标光分布与模拟光分布的偏差(见图1和图2)，通过改进计算方法，可以使光分布更接近设计目标(见图3)。尤其是可以改善截止线的设计。

图3计算参数优化后的MLA光分布仿真。目标是达到图1所示的分布。

在MLA开发期间，将完成不同的样本阶段。通过使用硅胶MLAs的概念有助于对该项新技术的基本挑战的理解(见图4)。

图4硅胶MLA和治具。

之后实现了更多系列的类似概念(见图5)，提高了MLA公差的内部精度，以达到更高的光性能和更好的光学质量。

图5MLA示例。

将计算的孔径与原型机相结合，实现了首次近光灯光分布的演示。图6为近光灯在10米高的墙壁上的部分光分布。完整的近光灯光分布将由几个MLA模块叠加而成。

可以观察到模拟光分布与实测光分布之间具有良好的相关性。

MLA模块包括准直光学元件(准直透镜或全反射器)和MLA。原则上，MLA模块是基于数千个小投影模块。它由准直光学元件(第一个照明透镜阵列)、遮光器和投影透镜(第二个透镜阵列)组成。与投影模块相比，MLA模块的优点是三个部分都组装在一个单元中。因此，MLA模块对公差的灵敏度较低，并且模块深度也较小。此外，来自准直器的光线几乎是平行的。因此，准直器和MLA之间的公差并不严格。

对于输出高度小于20mm的光线，在MLA、投影系统和反射系统之间的作用域是等效的。降低光学高度会导致光学效率η的降低。

作用域由光源的出光面积和出光立体角的乘积进行定义，也可以通过光学表面和光学元件的受光角的乘积来计算对光学系统的作用域。光源作用域与光学系统作用域的比值与η成正比。这意味着，减小光输出表面需要亮度更高或出光角更小的光源。LED亮度的提高是LED供应商的前进方向，但不幸的是，尚需要一些时间，而且如今缺少小出光角的白光光源。第三种选择是在一个维度上缩小光学表面，在另一个维度上进行扩展。

MLA理论上可以是任何形状。因此，MLAs在一个维度上可以允许较窄的高度，在另一个维度上允许较大的尺寸。限制因素是准直光学元件。通过模块优化，并将其应用在薄型光学设计中，可以实现小于20mm的光输出高度。

MLA技术提供了进一步降低光输出表面高度的可能性。可以实现小于20mm的高度。单独的遮光器计算可以实现光分布所需的形状和梯度。MLAs是一种新兴的汽车前照灯技术。

文章转自 公众号 IFAL