Лазерный светодиод как источник освещения. Лазерная головная оптика — как работает, куда устанавливается, машину с такими фарами и можно ли поставить их на свою

Система освещения автомобиля развивается стремительными темпами, обеспечивая все новые и новые уровни безопасности и комфорта движения. Впечатляет эволюция источников автомобильного света: галоген, ксенон, светодиоды и вот, наконец, лазеры. Источниками света на основе лазерных диодов в настоящее время занимаются две автомобильные компании – BMW и Audi, представившие лазерные фары на своих спортивных автомобилях.

Лазерная фара в ее нынешнем виде фарой, как таковой, не является, а представляет собой лазерный модуль дальнего света в составе матричной фары . В перспективе вся автомобильная оптика может перейти на лазерные источники света. Преимуществами лазерных фар, обеспечивающими их широкое применение в будущем, являются:

• большая дальность освещения (до 600 м);
• четкая светотеневая граница;
• компактность конструкции;
• низкое потребление энергии.

Помимо адаптивного дальнего света лазерные фары могут выполнять и другие функции:

• взаимодействие с пешеходами (помощь, предупреждение);
• активная дорожная разметка (разделительные полосы, обочина);
• маркировочный свет (подсветка пешеходов, животных на проезжей части);
• точное затемнение встречных и попутных автомобилей;
• указание габаритов автомобиля в стесненных условиях.

С развитием системы коммуникации между автомобилями перечень функций лазерных фар будет только расширяться.

Конструкция лазерной фары (лазерного модуля матричной фары) включает блок лазерных диодов, зеркальную матрицу, люминофор и линзу. Лазерные диоды от фирмы Osram формируют лазерные лучи длиной 450 нм, которые преобразуются (преломляются) DMD-матрицей (Digital Micromirror Device, дословно – цифровое микрозеркальное устройство), состоящей из более 100000 микрозеркал.

Матрица от фирмы Bosch построена на кремниевой технологии и имеет электромеханическое управление, позволяющее каждому из микрозеркал поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскости. Это дает возможность изменять площадь и интенсивность освещения с высокой скоростью в широком диапазоне. Люминофор преобразует синие лазерные лучи в белое свечение. На выходе линзы получается мощный световой пучок высокой цветовой температуры, соизмеримой с дневным светом.

Управление лазерной фарой осуществляет электронный блок, который изменяет положение микрозеркал на основании сигналов от радара и видеокамеры . При низких скоростях движения свет распределяется на большой площади проекции, и дорога освещается в широком диапазоне. На высоких скоростях угол раствора уменьшается, а интенсивность света увеличивается.

Ждем появления лазерных фар на массовых автомобилях и это, по всей видимости, не за горами.

Автомобильный свет развивается в строго устоявшихся направлениях, которые редко меняются. На сегодняшний день особый интерес у большинства водителей вызывает светодиодная оптика. У нее масса достоинств, которые не позволяют приблизиться к этому сегменту альтернативным решениям. И все же технологические разработки не стоят на месте, постепенно набирает популярность совсем другая концепция светоподачи. Это лазерные фары, которые привнесли принципиально новые качества в организацию оптического обеспечения современного автомобиля.

Принцип работы лазерной оптики

Если традиционные источники автомобильного света типа ламп накаливания и стандартных светодиодов обеспечивают в некотором смысле динамическое излучение, то лазер дает монохромное и когерентное рассеивание. Во многом этим и обуславливаются преимущества технологии. Несмотря на это, конструкция также базируется на диодах, за счет которых и функционируют лазерные фары. Принцип работы такой оптики основывается на том, что лазер выступает не источником освещения, а элементом энергообеспечения. За свет по-прежнему отвечают три светодиода с фосфорсодержащим веществом. Именно эта группа при поддержке лазера и формирует пучок света с нужными параметрами.

В процессе работы любых фар атомы активного вещества потребляют энергию, отдавая на выходе фотоны. В частности, классическая лампа накаливания содержит вольфрамовую нить, которая испускает свет по мере нагрева от электроэнергии. Изменение же конфигурации потребления энергии привело к тому, что лазерные фары головного света могут обеспечивать мощность, которая в десятки раз превышает потенциал

Положительные отзывы о лазерных фарах

Новая технология обеспечила сразу несколько преимуществ автомобильной оптике. Как уже отмечалось, даже у современного ксенона такая фара выиграет за счет мощности. И потребитель это подтверждает. Так, практика использования говорит о том, что сила лазерной системы в разы выше, чем у традиционных галогенок и светодиодов. Более точные расчеты указывают на то, что лазерные фары способны работать на 600 м вперед. Для сравнения, максимальный потенциал обычного дальнего света в лучшем случае достигает 400 м.

Но даже не в базовых рабочих качествах заключается главное преимущество лазерного света. Такой источник благодаря особому принципу работы облегчил процессы управления пучком света. Немногие пользователи, в частности, смогли опробовать новейшую систему интеллектуального управления динамическим лазерным светом. Однако, по словам специалистов, это направление развития оптики обещает массу новых возможностей. Достаточно сказать, что в последних моделях немецких автомобилей лазерный ориентируется на возможность точечной подачи луча. Таким образом, система автоматически отслеживает опасные зоны, акцентируя на них внимание водителя.

Негативные отзывы

Очевидные преимущества все же не исключают отрицательных моментов эксплуатации лазерных фар. Недостатки обуславливаются теми же особенностями, которыми обладают светодиоды. Так, пользователи отмечают, что в некоторых ситуациях свет чрезмерно слепит встречных водителей и вообще он непривычен, что может отвлекать других автолюбителей. Кроме того, в существующих модификациях лазерные фары стоят очень дорого и это важный момент, если учесть, что далеко не всегда их достоинства являются жизненно необходимыми.

Производители

Существует две категории производителей лазерных фар. С одной стороны, такие технологии вполне закономерно осваивают непосредственно изготовители автомобилей. Наиболее успешные разработки в сегменте демонстрируют компании Audi и BMW. Правда, в массовых моделях лазерная оптика пока фигурирует редко - такой оснасткой чаще обзаводятся в качестве опционального решения. И с другой стороны, лазерные фары выпускают передовые разработчики светодиодной техники. Можно отметить фирмы Philips, Osram и Hella, которые занимают лидирующие позиции в области проектирования новейших Что особенно интересно, в обеих категориях компании занимают узкоспециализированные ниши, продвигая уникальные технологические решения.

Как сделать лазерные фары своими руками?

О полноценном изготовлении лазерной фары с упомянутыми выше характеристиками речи быть не может, однако частичное внедрение диодов такого типа в автомобильную оптику может дать некоторый положительный результат. Так, многие домашние мастера предлагают технику изготовления лазерной указки для фары, основой в которой выступит диод из привода DVD-RW. Лазер интегрируется в нишу стоп-сигнала или с коррекцией луча посредством холодной сварки. Для ограничения длины потока можно применить трафарет, который повторит форму нужного луча. Поэтому еще перед началом изготовления следует определиться с теми, какими характеристиками должны обладать лазерные фары. Своими руками коррекционную основу можно выполнить из картона, оставив окошко подходящего размера. Обычно делают фары из расчета подачи луча в 1,5 м при условии обеспечения 4-метровой проекции.

Заключение

В разных сферах технологического улучшения автомобилей происходят процессы активного внедрения интеллектуальных систем. Оптическая конфигурация даже в современных поколениях проектируется с большим упором на обеспечение основных характеристик светоподачи. Оптимальные свойства излучения уже были достигнуты на примере стандартных светодиодов. В свою очередь, лазерные фары головного света наряду с повышением эксплуатационных качеств оптики также позволили разработчикам освоить и новые принципы управления светом. Пока еще не в массовом производстве, но на примерах концептуальных машин передовые компании демонстрируют впечатляющие примеры автоматизации лазерных фар. По словам специалистов, работа в этом направлении должна не только улучшить взаимодействие водителя с фарами, но и в целом повысить эргономику управления машиной и уровень безопасности.

" вызывало восхищение и уважение окружающих, а и подавно. Казалось бы, все уже придумано и развиваться автомобильной оптике больше некуда, однако создатели лазерных фар так не считают...

Светодиодные фары как, впрочем, и любые другие революционные для своего времени фары, до появления лазерных фар считались наиболее эффективным источником освещения, который по сей день активно используют автопроизводители в своих автомобилях. Кстати серийный выпуск могут сегодня позволить себе далеко не все автогиганты, как правило, такими фарами оснащаются автомобили премиум-сегмента.

С лазерными фарами все еще более сложно и запутано, эти фары являются достижением высоких технологий, а для их создания необходимы особые условия и множество различной электроники, которая собственно и создает лазерный луч . В данной области активно работают ведущие производители автомобильной светооптики такие как: Osram, Philips, Valeo, Bosch и Hella.

Кроме ведущих производителей источников освещения лазерными фарами очень заинтересованы автопроизводители. Так в 2011 году лазерные фары были представлены компанией BMW, которая продемонстрировала собственные достижения в этой области на своем концепте под кодовым названием i8. Тот, кто следит за событиями в BMW помнит, как через несколько лет концепт превратился в полноценный серийный суперкар.

Лазерные фары BMW i8 видео

Спустя еще несколько лет такие фары стали появляться на других моделях "БМВ". Лазерный модуль BMW был разработан инженерами компании Osram. Несмотря на дороговизну самой технологии, а также стоимость комплектующих и разработок, лазерные фары получили одобрение руководства, которое даже не смутил тот факт, что наличие лазерных фар существенно скажется на итоговой стоимости всего автомобиля. Более важным для разработчиков и руководителей проектов было первенство в данной области, а также то преимущество которое получит покупатель после покупки их детища.

Второй автогигант Audi - не менее активно работает в "лазерном направлении". Впервые лазерные фары получили Audi R18 E-Tron Quattro, а также концепт Audi Sport Quattro Laserlight. Характерным отличием лазерных фар производства "Ауди" является то, что активация лазерных модулей происходит на скорости 60 км/час и выше. До этой отметки дорогу освещают "обычные" .

Лазерная фара производства Audi состоит из четырех мощных лазерных диодов, их диаметр тела свечения равен – 300 микромет­рам. Эти диоды способны генерировать световой луч синего цвета с длиной волны порядка 450 нм. Благодаря специальному флуоресцентному преобразователю синее свечение превращается в белое (цветовая температура 5500 К). Такой свет по мнению производителей наиболее приятен для глаз и практически не вызывает усталости. Длина самого светового луча составляет порядка 500 метров.

В отличие от привычных нам источников света (лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды) лазерные фары обладают множеством "плюсов". Все начинается с того, что лазерное излучение монохромно и когерентно, другими словами волны постоянно одинаковой длины при постоянной разности фаз.

Перечислим плюсы лазерных фар

• Это позволяет формировать пучок света, который очень близок по своей сути к параллельному, (дает возможность освещать конкретную зону).

• Лазерный луч в десять сильнее по сравнению с галогенками, а также . Протяженность лазерного луча достигает отметки в 600 метров, при том, что обычный дальний свет может похвастаться только 200-300 мет­рами (а ближний и того хуже всего 60–85 метров).
• Лазерные фары не слепит так как ксенон, поскольку луч света направлен строго в ту точку, которая должна освежаться. В случае попадания в область освещения живого существа, например, человека часть диодов тут же отключится и подсветит все кроме той области в которой находится живой объект.
• Фары лазерные имеют на 30% меньшее энергопотребление нежели классические аналоги.
• Компактность еще один "плюс" в пользу лазерных фар, их по праву можно смело назвать самыми компактными из всех сущест­вующих. Площадь светоизлучения лазерного диода в сто раз меньше по сравнению с обычным светодиодом, в этой связи при одинаковой светоотдаче лазерная фара требует отражателя размером всего 30 мм в диаметре (для сравнения у ксенона – 70 мм, у галогенок вообще - 120 мм). Такие способности лазерных фар позволили инженерам существенно уменьшить размер фар, не потеряв при этом а наоборот прибавив эффективности освещения.

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.

Лазерные фары Audi видео

Прикосновение к будущему, первое знакомство с тем, что скоро станет обыденностью. Вот что такое лазерные фары. Реально в качестве дополнительного оборудования пока их предлагают только для BMW i8, а серийно ими оснастили 99 экземпляров суперэксклюзивного Audi R8 LMX. Обозначение модели как бы намекает на Ле-Ман, и неспроста. С одной стороны, это дань 15-летию победы в известной 24-часовой гонке, с другой — прямое указание на техническое решение, которым до сих пор мог похвастать только «боевой» R18. Quattroruote решил проверить, как работают лазерные фары и чем они хороши. Для этого R8 приехал на ночные тесты.

Новое слово автомобильной науки всего лишь дополняет традиционное освещение: если верить изготовителю, лазерные фары позволяют осветить дорогу на 500-600 м. В каждой фаре установлено четыре светодиода, излучающих свет с длиной волны 450 нанометров. Свет концентрируется фосфорным отражателем, изменяющим цвет луча с синего на белый. В результате получается мощный пучок света, по температуре приближающегося к дневному: 5500 Кельвинов.

До полукилометра

Расставив на прямом участке трека щиты через каждые 100 м, делаем несколько заездов. От наших испытателей, собственно, ничего особенного не требуется: две дополнительные фары включаются по команде электроники, управляющей дальним светом. Вводные же электроника получает от установленной на ветровом стекле телекамеры, которая следит за дорогой.

На практике оказалось, что лазерные фары включаются только на скоростях выше 60 км/ч, только на неосвещенных участках и только при условии, что впереди нет попутных и встречных автомобилей. Как только камера замечает на обочине включенный фонарь, электронная система автоматически переходит на ближний свет: фары светодиодные, и их вполне хватает. Когда же система, наконец, решает, что пора, сначала включаются обычные фары дальнего света (они сами по себе гарантируют видимость на расстоянии до 300 м), а через мгновение дорогу заливает дальнобойный свет лазерных прожекторов.

Результат поразительный. Мы не можем безоговорочно подтвердить, что дорога, как это заявляет производитель, освещается на 600 м, но что луч света уходит за полкилометра — факт. Ну и, конечно, ощущения: когда работают лазерные фары, контроль над дорогой полный. Исключительно из любопытства (на дороге это делать категорически не следует) мы решили проверить, насколько быстрее позволяют ехать лазерные фары. В качестве точки отсчета взяли собственные ощущения при движении на скорости 130 км/ч со светодиодными фарами.

Потом включили лазерные. Прикинули, посчитали и пришли к выводу, что новое изобретение позволяет контролировать дорогу ничуть не хуже на скоростях до 260 км/ч и даже больше.

Не говоря об ограничениях, которые накладывает закон, и о здравом смысле, мы считаем, что есть вполне убедительная причина не повторять подобные экзерсисы на дорогах общего пользования: если телекамера вдруг обнаружит, что навстречу едет другой автомобиль, система моментально выключит лазеры. Оказаться на темной дороге на такой скорости с одними светодиодами — участь незавидная.

Последние достижения

В увлекательном мире автомобильного света уже несколько месяцев как появилась еще одна новинка. Вещь дорогая, эксклюзивная, хотя и гораздо дальше, чем лазерные фары, отстоящая от области научной фантастики. Мы ведем речь о светодиодных матрицах. Впервые такие появились несколько месяцев назад на рестайлинговом Audi А8, а сегодня их предлагают и для моделей пусть недешевых, но все же более доступных, вроде ТТ. По тому же пути идут и конструкторы из Штутгарта.

В данном случае речь идет не о количестве испускаемого света — по этому показателю матричные фары ничем не отличаются от обычных светодиодных, — а о том, как этим количеством управлять. Включаются фары дальнего света, когда соответствующую команду выдает камера на ветровом стекле. При этом, если по встречной полосе приближается другой автомобиль, дальний свет не выключается. Возможно такое? Да, возможно: выключаются только светодиоды, которые теоретически способны ослепить водителя встречного транспортного средства. Остальная часть дороги остается освещенной, а на полосе, по которой движется встречный автомобиль, образуется темное пятно, которое перемещается вместе с ним.

Этакий прожектор наоборот: темная зона в центре участка, ярко освещенного фарами дальнего света. Но это не все: система способна одновременно отслеживать несколько «мишеней», создавая комфортные зоны, например, для водителей двух автомобилей и мотоцикла, двигающихся по встречной полосе, плюс для водителя попутного автомобиля,следующего впереди. Для матричных фар это не проблема, темных пятен может быть несколько. Ну а если вдруг в темной зоне система обнаружит человека, она предупредит об этом водителя: сначала три раза ярко мигнет, а потом осветит фигуру.

Лазерные фары видно далеко

Чтобы понять, на что способны лазерные фары, достаточно взглянуть на приведенную ниже схему и сравнить освещаемую ими зону с зонами, которые освещаются фарами ближнего и дальнего света (речь идет о светодиодных фарах последнего поколения). Следует заметить, что пучок света лазерных фар гораздо уже, чем мы привыкли.

• Фары ближнего света «бьют» примерно на 150 м. Пучок их света асимметричен, встречная полоса не освещается.
• Фары дальнего света, как ксеноновые, так и светодиодные, освещают дорогу перед автомобилем на 200-300 м.
• При небольшом тумане (что для нашего полигона в итальянском Ваирано в определенное время года не редкость) сразу заметен своеобразный острый и резкий свет лазерных фар.

Дальность света лазерных фар согласно документации производителя может достигать 600 м. Обратите внимание на форму светового пятна — оно узкое и длинное.

Эксклюзив во всем

На заказ лазерные фары предлагают для BMW i8. Именно на этой модели они дебютировали в 2013 году. Как это возможно, если продажи фар только начинаются? Все просто: в июне 2013 года лазерные фары были в эксклюзивном порядке установлены на восьми первых серийных экземплярах немецкого спорткара, переданных счастливым владельцам в ходе специально устроенной в Мюнхене церемонии. В техническом плане решение мало чем отличается от того, что мы видели на Audi R8, да и поставщик у BMW тот же — Osram. На i8 лазерные фары дальнего света тоже установлены не вместо традиционных, а в дополнение к ним, и включаются лишь при наличии соответствующих условий. Ну а вам мы предоставляем полную свободу в выборе выражений, уместных в отношении цены опции -9750 евро (в Европе).

Матричные фары. Игра свети и тени

Здесь задачи другие: не светить, как лазер, как можно дальше, а уберечь других участников движения от ослепления дальним светом. Сначала матричные фары ставили только на А8, но по прошествии нескольких месяцев подход стал более демократичным: сегодня, к примеру, их можно заказать и для ТТ последнего поколения. Правда, опция не дешевая — 2585 евро (в Европе).

• Несмотря на наличие встречного автомобиля, эта зона остается полностью освещенной.
• Темная зона перемещается вместе со встречным автомобилем.
• Серая зона, ограниченная пунктирной линией, освещена фарами ближнего света.
• Система распознает и автомобили, движущиеся в попутном направлении. Чтобы не слепить их водителей, матричные фары также создают темные зоны.
• Матричные фары — это 25 светодиодов, которые по команде электроники включаются, выключаются или просто снижают яркость.

Mersedes тоже выбрал матрицу

В 2010 ГОД У Mercedes CLS второго поколения стал первым в мире автомобилем, у которого в фонарях и фарах стояли только светодиоды. После недавнего рестайлинга штутгартский седан обзавелся опцией Active Multibeam Led — такие же матричные фары, как у Audi, и работают они по тому же принципу. Управление фарами осуществляется раздельно, что позволяет точно контурировать освещаемые и неосвещаемые участки перед автомобилем. Светодиоды корректируют размеры темных пятен очень быстро и точно, при этом левая и правая фары работают независимо друг от друга. Каждую секунду электронные блоки сто раз рассчитывают оптимальную конфигурацию светового пятна. Исходную информацию система получает от камеры, размещенной в верхней части ветрового стекла. Как правило, система Active Multibeam Led предлагается в качестве опции. Исключение составляют модификации AMG, штатно оснащаемые матричными фарами.

По сравнению с фарами с другими источниками света (лампами накаливания, газоразрядными, классическими светодиодами) лазеры имеют целый ряд преимуществ. Лазерное излучение имеет высокую пространственную когерентность, т. е. излучение может быть направлено в виде узкого луча.

Однако лазерные фары - это собственно не лазеры белого света, а люминесцентные источники, освещаемые мощными синими или ультрафиолетовыми полупроводниковыми лазерами.

На самом деле, существуют лазеры белого цвета на основе эффекта генерации суперконтинуума , но их использование в фарах серийных автомобиле невозможно из-за очень высокой цены (более 10 000 долларов за штуку).

Использование лазерной подсветки фосфОра позволило создать очень яркие и компактные фары с узконаправленным лучом.

Лазерные фары самые компактные из всех сущест-вующих. Светоизлучающая площадь поверхности излучающего фосфОра в сто раз меньше, чем у обычного светодиода. Поэтому при одной и той же светоотдаче лазерной фаре нужен отражатель диаметром 30 мм, для ксенона - 70 мм, а для галогенной лампы - 120 мм. Благодаря этому лазерные фары можно делать намного меньшими без потерь эффективности освещения дороги. В случае с BMW i8 высота отражателя снизилась с 9 до менее 3 сантиметров. Хотя дизайнеры пока не планируют уменьшать ее, так как новые возможности позволят более удобно располагать фары, моделировать лучший дизайн автомобиля.

Лазерный головной свет будет работать в паре с «цифровым помощником», который препятствует ослеплению водителей встречных и попутных машин. Оптика на основе лазеров обеспечивает более точную форму светового пучка, что делает передний свет более безопасным и комфортным для автомобилистов, движущихся во встречном направлении.

В корпусе каждой фары расположены три источника лазерного излучения мощностью около 1 Вт каждый. Лучи направляют при помощи системы зеркал на элемент из флуоресцентного материала. При поглощении последним энергии выделяется белое свечение, из которого формируется световой пучок.

Светодиодная указка

Лазерные технологии в автомобильной светотехнике подтолкнули баварцев на создание еще одной интересной технологии, получившей название Dynamic Light Spot - динамическое точечное освещение. Новая система способна обнаруживать пешехода или другое препятствие на дороге и направлять на него усиленный луч свет. Так водитель получает информацию о потенциальной опасности. Причем такая подсказка выскакивает раньше, чем объект появляется в лучах ближнего света фар. Следовательно, сидящий за рулем получает фору в несколько секунд или десятков метров, которых часто не хватает, чтобы затормозить или объехать человека. Система Dynamic Light Spot может держать в поле зрения несколько объектов. Лишь только в объектив инфракрасной камеры попадет человек или животное, луч света сразу укажет на него.