Что такое лазерные фары
Впервые новая технология была представлена в концепте BMW i8 в 2011 году. Уже через несколько лет в 2014 году модель пошла в серийное производство. Это был тот случай, когда прототип стал полноценным серийным суперкаром.
Лазерные фары
Разработкой вместе с производителями занимаются и ведущие компании в производстве автомобильного освещения: Bosch, Philips, Hella, Valeo и Osram.
Это сложная система с электронной начинкой, создающая мощный лазерный луч. Система включается на скорости свыше 60 км/ч, когда автомобиль двигается вне городской черты. В городе работает обычное освещение.
Устройство лазерной светооптики
Относительно новое устройство, которое появилось в 2014 году, но уже завоевало стойкую и горячую любовь водителей – лазерная противотуманная фара. Они устанавливаются в зависимости от головной оптики или габаритных огней.
Зачастую можно встретить их позади автомобиля, причем выбор установки обширен:
- под бампером машины;
- позади авто прямо под спойлером;
- под задними фонарями или на днище машины.
Лазерные фонари тем хороши, что они заметны для едущих позади машин в любую погоду. Стоит остановиться и приборы оставляют ярко-красную полосу, которая пробивается сквозь мглу и отлично заметна сквозь дождь, тем самым говоря водителям едущих сзади машин о том, что тоже стоит притормозить и соблюсти дистанцию.
Устройство имеет достаточно маленький размер, а потому почти незаметен, чтобы волноваться о том, насколько гармонично прибор будет смотреться на машине.
Как устроены лазерные фары
Свет лазерных фар принципиально отличается от дневного или любого другого искусственного источника. Получаемый луч когерентный и монохромный. Это значит, что он имеет постоянную длину волны и одинаковую разность фаз. В чистом виде он представляет собой точечный пучок света, который в 1 000 раз интенсивнее диодного света. Лазерный луч дает поток света мощностью в 170 люменов, против 100 люменов от светодиодов.
Разница в световых потоках
Изначально луч имеет голубой цвет. Чтобы получить яркий белый свет, он проходит через специальное люминофорное покрытие. Оно рассеивает направленный лазерный пучок, образуя мощный световой поток.
Лазерные источники света не только мощнее, но и вдвое экономичнее светодиодных. А сами фары намного меньше и компактнее привычных конструкций.
Если брать во внимание технологию BMW, то в качестве флуоресцентного рассеивающего материала выступает кубический элемент, заполненный желтым фосфором. Голубой луч проходит через элемент и получается яркое излучение белого света. Желтый фосфор образует свет с температурой 5 500 К, что максимально приближено к привычному для нас дневному свету. Такое освещение не напрягает глаза. Специальный отражатель концентрирует до 99,95% светового потока в нужном месте перед автомобилем.
Дальний свет “бьет” до 600 метров. Другие же варианты ксеноновых, диодных или галогенных фар показывают дальность не больше 300 метров, а в среднем и вовсе 200 метров.
Мы часто связываем лазер с чем-то ослепительным и ярким. Может показаться, что такое освещение будет ослеплять людей и движущиеся навстречу автомобили. Это совсем не так. Испускаемый поток не ослепляет других водителей. Кроме того, такое освещение можно назвать «умным» светом. Лазерная фара анализирует дорожную ситуацию, подсвечивая только те области, которые необходимы. Разработчики уверены, что в недалеком будущем светотехника автомобиля будет распознавать препятствия (например, диких животных) и предупреждать водителя или брать управление тормозной системой под свой контроль.
Игорь Владимирский — о спорткаре Audi R8 c «лазерными» фарами
Дождался темноты, выехал на суперкаре Audi R8 LMX на загородные немецкие дорожки подальше от Ингольштадта, пропустил всех встречных, врубил дальний — и… где же обещанный лазерный свет? Он срабатывает только после 60 км/ч, и освещенная зона удлиняется почти вдвое — до шестисот метров! Только светит при этом… не совсем лазер.
Были автомобильные фары масляные, потом ацетиленовые, затем с лампами накаливания, потом газоразрядные и светодиодные. А теперь еще и лазерные! Они появились практически одновременно на BMW i8 и на Audi R8 LMX. Литеры LMX — в честь Ле-Мана. Ведь в этом году победные болиды Audi были впервые оснащены «лазерной» головной оптикой, а теперь ее серийный вариант ставится на дорожный R8 в «ле-мановской» версии.
В продажу пойдет лишь 99 таких купе, которые отличаются от серийной версии V10 plus (АР №19, 2013) форсированным двигателем (570 л.с. вместо 550 л.с.), углепластиковыми деталями кузова (спойлеры, антикрыло, корпуса зеркал и т.д.), спортивными атрибутами в салоне и особой синей окраской. В Германии Audi R8 LMX продается за 210 тысяч евро — на 35 тысяч дороже исходной версии V10 plus. И примерно половина этой доплаты — как раз за «лазерный» свет!
Сравнение световых пучков фар Audi R8 LMX
Почему в кавычках?
Что такое лазер? Если коротко, то это квантовый генератор, вырабатывающий излучение оптического диапазона с недостижимой для других источников света монохроматичностью и когерентностью.
Монохроматичность, то есть постоянство цвета луча, — это следствие фиксированной длины волны. То есть лазерный луч может быть или красным, или синим, или… Но никак не белым, поскольку белый свет, который и нужен для освещения дороги, — ахроматический. У белого света нет собственной длины волны, и получается он в результате смешения как минимум трех монохроматических излучений (например, красного, зеленого и синего — как в кинескопах телевизоров).
А когерентность — это синхронность колебаний волн в разных точках пространства и в разное время. Вспомните лазерные указки, работающие от обычных батареек. Мощность такого лазера — не более 5 милливатт, но луч бьет на пару-тройку километров, при этом на «прицельной» поверхности видно лишь небольшое освещенное пятно.
Но для автомобильных фар, наоборот, нужен источник рассеянного света, чтобы освещать большое пространствопередмашиной!
При этом даже дешевые лазерные указки опасны для глаз: сконцентрированный в одной точке луч бесповоротно повреждает клетки сетчатки. А с ростом мощности в «группу риска» попадают и кожа, и даже неорганические материалы.
Так каким образом инженерам немецкой компании Osram, которая разрабатывала новые фары и для Audi, и для BMW, удалось приспособить лазер для освещения дороги?
Косвенно. Лазеры в фарах Audi R8 LMX есть, но их лучи не выходят за пределы корпусов!
Видите секцию «лазерного» света? А она есть! Дуло лазерно-люминофорной «пушки» (показано стрелкой) — диаметром всего 2 см и прикрыто миниатюрными жалюзи, которые открываются по команде электронного блока при включении
Во-первых, головная оптика здесь прежде всего светодиодная: полупроводниковые источники света отвечают и за ближний свет, и за дальний. Но вдобавок в каждой фаре есть и четыре миниатюрных лазерных диода мощностью 1,6 Вт каждый (в фарах BMW i8 таких диода три — и это единственное принципиальное отличие от Audi). Лазеры генерируют тонкие, с волос, лучи синего цвета (длина волны — 450 Нм). С помощью линз эти лучи собираются в один и… попадают на люминофор — желтую фосфорную пластину площадью всего 0,5х0,5 мм. Это и есть истинный источник света! Поглощая энергию лазерного излучения, он испускает пучок практически белого света (цветовая температура — 5500 К), который через систему отражателей падает на дорогу.
От выхода «чистых» лазерных лучей наружу предохраняет многоступенчатая система безопасности, отрубающая питание при малейшем повреждении или «подозрении» на нештатную ситуацию. Жалюзи в фарах — тоже часть этой системы.
То есть лазер здесь — лишь источник энергии, и корректнее называть такие фары лазерно-люминофорными. А если учесть, что «лазерная» секция автоматически подключается к светодиодной только после 60 км/ч, то… О стыд, Osram? Но кого нынче интересует техническая корректность? Не будешь же называть эти фары «светодиодно-лазерно-люминофорными». Длинно и малопонятно. А скажешь «лазерные» — и вау-эффект обеспечен!
А какая технология лучше?
— На сегодняшний день — матричная, — без тени сомнения отвечает Штефан Берлитц, главный специалист Audi по головному свету.
Герр Берлитц имеет в виду светодиодную оптику Audi Matrix LED, которая устанавливается, к примеру, на Audi A8 (АР №21, 2013): 25 мощных светодиодов с компьютерным управлением автоматически регулируют форму светового пучка, избегая ослепления встречных водителей. Лазерно-люминофорная оптика этого не умеет. Зато бьет на 500-600 метров! А у штатных светодиодных фар Audi R8 заявленная дальнобойность — всего около 300 м.
Но светодиодные матричные фары на обновленном Мерседесе CLS (АР №15-16, 2014) «по паспорту» светят на 485 м, лишь немного уступая лазерным фарам Audi.
— И мы, и наши коллеги из Мерседеса уже научились делать хорошие светодиодные фары, — объясняет Штефан Берлитц. — А «лазерный» свет пока может похвастать лишь дальнобойностью и миниатюрными размерами. Но мы только начали работу над ним, дальше будет интереснее!
Не сомневаюсь. Ведь и ксеноновые фары сперва были крайне дорогими, а теперь это вчерашний день. А будущее — или светодиодное, или люминофорное. И однозначно — яркое.
Устройство фары
Лазерные фары разных производителей
На сегодняшний день данную технологию активно внедряют два автогиганта: BMW и AUDI.
В BMW i8 две фары, каждая из которых имеет по три лазерных элемента. Пучок проходит через элемент с желтым фосфором и систему отражателей. На дорогу свет попадает в рассеянном виде.
Лазерные фары BMW
Каждая лазерная фара от Audi имеет по четыре лазерных элемента с диаметром сечения 300 микрометров. Длина волны каждого диода составляет 450 нм. Глубина исходящего дальнего света порядка 500 метров.
Лазерные фары концепта BMW i8
В свете последних публикаций (технологии Вольво, технологии Мерседес), читатели Хабра попросили рассказать более подробную информацию о технологических новинках автомобилестроения. Мне кажется, что одна из самых интересных и перспективных разработок на данный момент — лазерные фары от БМВ.
В сентябре 2011 года БМВ представила новую технологию автомобильных фар, основанную на использовании синих лазеров. Эта технология впервые применяется на автомобиле BMW i8, который был показан на Франкфуртском автосалоне в 2009 году. В фаре используется не один, а сразу три лазера, всего в автомобиле их 12 — по 3 в каждой из 2 секций фары. Чтобы понять как эта технология работает посмотрите на диаграмму.
Три лазера (A) установлены на треугольную форму и светят на маленькие зеркала (В), которые перенаправляют луч на линзу(С). Внутри линзы (С) находится желтый фосфор, который под воздействием синего лазера излучает яркий белый свет. Этот свет излучаемый фосфором, перенаправляется линзой на отражатель (D), который отбрасывает свет на 180 градусов на дорогу перед автомобилем. Внутренности фары созданы специальным образом так, что весь созданный свет отражается на поверхность перед автомобилем. Вверху справа на фотографии вы можете увидеть как работает один из 6 лазеров, хоть его луч и перекрыт карточкой. Учтите, что такая конфигурация лишь одна из возможных и можно сделать фары почти любого размера и формы.
На этой фотографии вы можете увидеть как фары работают на полную мощность. БМВ заявляет, что эти фары в 1000 раз ярче чем диодные фары, которые используются сейчас, но используют лишь половину яркости, чтобы снизить потребление электричества автомобилем. Так же, представители компании заявляют, что срок службы фар не менее 10 000 часов, такой же как у LED фар. Что важно, возможность изменения размера фар позволит дизайнерам более свободно создавать форму фар и их размер.
Конечно, первое, что мы знаем о лазерах это то, что их не надо никому направлять в глаза, чтобы не повредить сетчатку глаза. С этими фарами это просто невозможно, БМВ просит не беспокоиться. Лазер опасен тем, что его свет очень сконцентрированный и сфокусированный. Свет же, производимый желтым фосфором не такой, а чтобы это доказать инженер БМВ посмотрел прямо в луч света создаваемый фарами и пригласил журналистов сделать то же самое. Несмотря на то, что свет фар очень яркий, ни автор текста, ни кто-либо другой не пострадал от этой демонстрации. Так же исключается возможность того, что свет фар может поджечь объекты перед автомобилем (несмотря на то, что инженер поджег ароматическую палочку от одного из лазеров автомобиля, чтобы продемонстрировать его мощность) по той же причине. Свет создаваемый фарой не является лучом лазера исходя из другой природы самого получения света. Если вы боитесь лазеров, которые вылетят из фары при аварии и начнут разрушать всё вокруг — не беспокойтесь, БМВ позаботилась и об этом, в случае ДТП, так же как и с ксеноновыми фарами — сразу отключается подача электроэнергии на фары.
BMW так же не упустила возможность представить новую технологию Dynamic LightSpot system, которая подсвечивает пешеходов, которые находятся у вас на пути. На технической модели, которую нам показывали эти прожекторы были встроены в установочное место противотуманок и приводятся в движение системой аналогичной адаптивному освещению поворотов. Система использует те же технологии, что используются в системе ночного видения БМВ, которая использует инфракрасные сенсоры и камеры, чтобы распознать человека по температуре тела и силуэту. Если камера ночного видения обозначит пешехода значком на дисплее развлекательной системы, то система LightSpot более активная и подсветит пешехода одним лучом из места противотуманок. Поскольку в автомобиле две противотуманки, автомобиль может следить сразу за двумя пешеходами, а так же она может вести свет за пешеходом, переходящим дорогу в темноте перед вами.
Чтобы не отвлекаться на пешеходов, не мешающих движению автомобиля, система имеет достаточно узкое поле зрения. Компьютер следит за всеми пешеходами, которые есть перед автомобилем, но система подсветит только тех, что будут пересекаться с траекторией автомобиля или будет угроза пересечения этой траектории. BMW заявляет, что система может двигать луч быстрей чем может бежать любой человек, так что возможности убежать от луча у вас не будет. Правда, в БМВ говорят, что система пока что испытывает трудности на серпантине, где автомобиль постоянно меняет траекторию движения. Именно по-этому это все еще прототип. И все же, компания говорит, что эта система значительно упрощает водителями жизнь и позволяет увидеть пешеходов в среднем на 34 метра раньше чем без нее. Встречные водители так же будут избавлены от любого ослепления, потому что у БМВ есть система Active High Beam, которая следит за встречным трафиком и не позволит ослепить водителей.
Пока что обе системы — прототипы. Dynamic LightSpot дойдет до потребителя первой, хоть БМВ и не говорит когда. Но возможно, скоро придет время когда лазерные фары станут так же распространены как галогенные или ксеноновые фары распространены сегодня.
Преимущества и недостатки
Плюсами являются:
- мощный свет, который не напрягает глаза и не вызывает их усталости;
- интенсивность освещения намного сильнее, чем, например, светодиодного или галогенового. Длина – до 600 метров;
- не ослепляет встречных водителей, подсвечивая только ту область, которую нужно;
- потребляют в два раза меньше энергии;
- компактный размер.
Среди минусов можно назвать только один – высокая стоимость. А к стоимости самой фары стоит еще добавить периодическое обслуживание и настройку.
Новейшая технология
Не стоит думать, что лазерные фары головного света подобны тем, что были установлены на автомобиле всемирно известного шпиона Джеймса Бонда — они являются для окружающих и не способны поджигать своим излучением мешающие вам транспортные средства. Понятно, что на гражданские автомобили будут устанавливаться абсолютно безопасные для окружающих источники света, которые просто существенно повысят эффективность освещения дороги перед транспортным средством. , по которому работают лазерные фары, стоит рассмотреть их устройство.
В их основу положена уникальная технология рассеяния, которая основана на применении такого химического элемента, как жёлтый фосфор — фактически, лазер используется только в качестве средства, обеспечивающего его свечение. Следовательно, лазерное освещение не может применяться для того, чтобы наносить вред окружающим, на радость большинству участников дорожного движения, и к огорчению поклонников знаменитого английского разведчика. Если рассматривать технологию, созданную , то можно заметить, что в ней используется три синих лазера, которые направлены на кубический осветительный элемент, наполненный фосфором. Через минимальное время после попадания на него луча он начинает испускать очень яркое белое излучение, интенсивность которого в несколько раз выше, чем у иных источников света при сходных энергетических затратах. За фосфорным источником света в лазерных фарах установлен отражатель особой конструкции, который позволяет концентрировать до 99,95% излучения на дороге.
На видео презентация лазерных фар BMW M4:
Многие люди, которые видят перед собой лазерные фары для авто в разрезе, начинают сомневаться, не нанесёт ли подобная технология вреда окружающим — ведь лазеры известны своей способностью ослеплять глаза человека и даже нарушать целостность некоторых материалов при достаточно высокой мощности источника излучения. Однако специалисты компании BMW, которая первая представила прототип лазерных фар, указывают на то, что сам лазер используется исключительно для «розжига» фосфорного осветительного элемента
, следовательно, для водителей встречного транспорта, а также людей, встреченных около дороги, такая светотехника будет абсолютно безопасной. Даже если автомобиль, оснащённый лазерными фарами, и целостность его фонарей будет нарушена, источники излучения будут моментально отключены, что позволит свести к минимуму опасность такого источника света для окружающих.
Несколько слов о том, как это работает
Работать лазерный головной свет будет в тесном взаимодействии с компьютером, который руководствуясь данными с датчиков будет следить за тем, чтобы встречные автомобили и пешеходы не ослеплялись. Каждая лазерная фара содержит три диода излучающих световой луч мощностью около 1 Вт. Лучи посредством системы зеркал перенаправляются на флуоресцентный элемент после поглощения энергии последним, происходит выделение белого свечения, который формируется в световой луч.
В процессе разработки лазерных фар возникла еще одна новая технология под названием Dynamic Light Spot (в перевод с анг. — динамическое точечное освещение). Данная разработка позволяет обнаруживать пешеходов, а также другое препятствие на пути автомобиля посредством инфракрасной камеры. После того как система обнаружит преграду она автоматически подсвечивается более интенсивным светом, для того чтобы водитель мог обратить на нее внимание и безопасно его преодолеть. Что характерно, подсказка для водителя появляется с некоторым опережением, то есть до того, как объект будет подсвечен лучами ближнего света. Это необходимо для того чтобы обезопасить водителя и дать ему возможность подготовиться к выполнению тех или иных маневров и действий.
