东京大学研发压电MEMS光学扫描技术实现自适应远光灯

东京大学的一个研究项目使用新型压电MEMS光学扫描技术实现自适应远光灯，提升汽车驾驶安全性。

将道路安全技术融入现代车辆之中，持续减少对行人、驾驶员和乘客的危险状况，但是每年全球仍有100万人死亡。

夜间驾驶是造成事故的一个重要原因，因此车辆的前照灯和前向照明对于安全行驶显得尤为重要。

自适应远光灯(Adaptive Driving Beam，ADB)技术是一种很有吸引力的解决方案，在这种技术方案中，汽车前照灯会根据车速和行驶条件自动调整照明情况。例如，自适应远光灯可以在需要时自动启用远光照明，然后在迎面而来的车辆周围调整其光束扫描模式。

然而，目前商用自适应远光灯系统的“可控性”有限。基于液晶像素或数字MEMS微镜阵列的空间光调制器可以帮助缓解此问题，但实现起来成本昂贵，并且会因为未利用的光功率而引起热量损失。

据麦姆斯咨询报道，近日，东京大学的一个研究项目开发出一款新型基于MEMS光学扫描技术的自适应远光灯系统，这可能会提供一个更加通用的ADB平台。这项研究工作发表在《光学微系统》期刊上。

京东该研究项目在其发表的论文中评论说：“我们已经开发出一种压电MEMS二维光学扫描器，可用于引导磷光体发光材料产生各种照明图案，并通过成像透镜投射到汽车前方。”

该扫描器包括“将一层锆钛酸铅(PZT)薄膜沉积到绝缘体上硅晶圆(SOI)上，并经过一系列MEMS制造工艺形成的”一种扫描微镜结构，该结构通过可控的压电驱动方式激发微镜产生机械运动。

在使用中，扫描微镜的运动可将来自450nm / 3.5W蓝色激光二极管发射的光以各种照明图案引导到磷光体发光材料上，然后将磷光体产生的白光通过合适的透镜向外引导。

东京大学的Hiroshi Toshiyoshi指出：“这种系统的独特之处在于，激光束被高效地转换为白光，从而减少了自适应远光灯系统的发热。”

迈向无风险驾驶

东京大学研究团队将压电驱动装置设计在自适应远光灯系统架构中，以允许MEMS扫描器以大角度进行水平和垂直偏转运动，从而可以对汽车前照灯光束进行二维扫描，并且还设计了该扫描器的工作模式，使其不会对低频噪声(例如其它车辆产生的噪声)作出反应。

该研究团队指出：“投影的亮度取决于荧光板上的扫描区域。当激发光聚焦在一个小光斑上时，光斑亮度增加;而当通过在荧光板上扩大面积来稀释激发光时，光斑亮度减小。”

在试验中，将自适应远光灯系统整合到一个组装好的前照灯组中，并安装在车辆的右侧。作为概念验证，采用了两个MEMS-ADB模块来覆盖高照度和低照度两个区域，尽管最终目标是采用一个MEMS-ADB模块就能够满足不同照度需求。此外，车辆还安装了摄像头和图像识别功能以理解路况并相应地调整自适应远光灯。

研究人员发现，该系统为驾驶员提供了更好的能见度，尤其是在看到行人时。它可以想象一个行人站在迎面而来的车辆旁边，同时调节灯光以避免让另一个司机眼花缭乱。

该研究项目指出：“虽然这项技术肯定会推动高级驾驶辅助技术发展，但它在激光雷达以及汽车间光通信链路方面还有其它潜在应用。该系统将来可能会在智能交通系统的自动驾驶技术中应用，这使我们向无风险驾驶又迈进了一步!”