Впервые новая технология была представлена в 2011 году в прототипе BMW i8. Через несколько лет, в 2014 году, модель поступила в производство. В это время прототип превратился в серийный суперспортивный автомобиль.
Лазерные фары: принцип работы и достоинства с недостатками
Для тех, кто интересуется развитием современных автомобильных технологий, лазерные фары на основе фосфора больше не являются диковинкой. Так называемая адаптивная оптика, основанная на этой разработке, также уже известна. Как устроены лазерные фары будущего, по какому принципу они работают, сколько стоят и почему потребитель платит такие большие деньги — все это коротко и ясно описано в данном материале.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРНОЙ ФАРЫ
На момент написания статьи структура лазерных проекторов еще не претерпела каких-либо фундаментальных изменений, отличающих дизайн от концепции. Как и в случае с прототипом, в основе серийной оптики лежит не лазер, давший название технологии, а люминофорная пластина. Этот материал способен испускать мощный белый луч света с волнами одинаковой длины и ширины. Эту деталь можно увидеть при визуальном осмотре автомобильной фары.
Но где же лазер? Разве он не должен светить в лазерной фаре? Нет. В этой разработке лазер служит только в качестве источника энергии. Само устройство состоит из серии лазеров, излучающих энергию, которая фокусируется и принимается люминофорной пластиной через систему зеркал. Это прямой источник света для освещения дороги.
«ПАРУ СЛОВ» ОБ АДАПТИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ФАРАХ
Более интересными являются не только лазерные фары, но и так называемые адаптивные оптические системы на их основе. Эта технология позволяет максимально использовать возможности, предоставляемые мощным источником света. Посмотрите на основные моменты, как он работает и что он может сделать для своего владельца.
- Во-первых, такие фары никогда не слепят водителей движущегося вам на встречу транспорта. При этом, все работает в автоматическом режиме. Фара сама «решает», когда освещать встречную полосу, а когда нет. То есть оптика постоянно контролирует дорожную обстановку, и как только в «поле ее зрения» появляется свет встречного автомобиля, электроника делает все, чтобы не заслепить его водителя.
Проектор имеет три режима работы. Первый режим активируется, когда встречный автомобиль въезжает только в освещенную в данный момент зону. В этот момент электроника отклоняет луч левой фары влево. В результате водитель продолжает видеть ситуацию на противоположной стороне дороги, а встречный автомобиль остается в тени.
Второй режим работы — это полное отключение большого светового пучка. Это происходит, когда встречный автомобиль приближается на расстояние, при котором недостаточно просто переместить луч света в сторону. После проезда фара снова включается и продолжает освещать дорожную ситуацию в течение полукилометра для обнаружения встречного транспорта.
Третья функция активируется, когда встречный транспорт движется непрерывным потоком. В такой ситуации электроника полностью отключает освещение до тех пор, пока встречная полоса снова не станет свободной.
- Во-вторых, адаптивная лазерная оптика «заботится» не только о водителях встречного транспорта, но и попутного. Если в «поле зрения» таких фар находится попутно движущийся автомобиль, в зоне его текущего расположения электроникой образуется теневой тоннель. Остальная же часть дороги полноценно освещается мощным дальним светом. В итоге, благодаря этим режимам, водитель может даже в городском потоке двигаться с включенным дальним светом фар.
- В-третьих, адаптивные лазерные фары уже сегодня способны «видеть» дорожную обстановку в тех зонах, которые в данный момент времени не подсвечиваются. Когда в этих зонах появляется потенциальная опасность, оптика направляет в это место пучок света, благодаря чему у водителя появляется фора в несколько секунд. Примером срабатывания этого режима является ситуация, когда перпендикулярно дороге движется пешеход или велосипедист. В свете обычных фар такое препятствие появится уже непосредственно перед автомобилем, тогда как адаптивная оптика проинформирует о нем водителя намного раньше.
Возможный спектр функций адаптивных оптических лазеров еще не исчерпан. «Умные» фары также могут проецировать световые линии прямо на дорогу, чтобы помочь водителю найти дорогу при парковке. Сюда входят такие функции, как адаптивная подсветка дорожных знаков и разметки полос движения, изменение угла освещения на высокой скорости на небольших поворотах и другие функции.
Как устроены лазерные фары
Свет лазерных фар принципиально отличается от дневного света или любого другого искусственного источника света. Полученный луч является когерентным и монохроматическим. Это означает, что он имеет постоянную длину волны и одинаковую разность фаз. В чистом виде это радиальный луч света, который в 1 000 раз интенсивнее диодного света. Лазерный луч создает световой поток 170 люмен, по сравнению со 100 люменами для светодиодов.
Изначально луч имеет голубой цвет. Для получения яркого, белого света его пропускают через специальное люминофорное покрытие. Он рассеивает направленный лазерный луч в мощный световой поток.
Лазерные источники света не только мощнее, но и в два раза экономичнее светодиодных. А сами фары намного меньше и компактнее, чем обычные конструкции.
В технологии BMW кубический элемент, заполненный желтым люминофором, действует как флуоресцентный рассеиватель. Синий луч проникает в элемент и производит яркое излучение белого света. Желтый люминофор производит свет с температурой 5 500 К, что наиболее близко к дневному свету. Такая подсветка не мешает глазам. Специальный отражатель фокусирует до 99,95 % светового пучка точно в нужную точку перед автомобилем.
Дальнобойные яркие «хиты» до 600 метров. Дальность действия ксеноновых, диодных или галогенных фар других типов не превышает 300 метров — в среднем 200 метров.
Лазер часто ассоциируется у нас с чем-то ослепительным и ярким. Он может ослепить людей и проезжающие мимо автомобили. Это не так. Излучаемый свет не ослепляет других водителей. Кроме того, его можно отнести к категории «интеллектуального» освещения. Лазерная фара анализирует дорожные условия и освещает только те участки, которые необходимы. Разработчики уверены, что в ближайшем будущем освещение автомобиля будет обнаруживать препятствия (например, диких животных) и предупреждать водителя или брать на себя управление тормозной системой.
Лазерные фары разных производителей
В настоящее время технология активно используется двумя автомобильными гигантами: BMW и AUDI.
BMW i8 оснащен двумя фарами, каждая из которых имеет три лазерных элемента. Луч проходит через элемент с желтым люминофором и систему отражателей. Свет падает на дорогу в рассеянном виде.
Каждая лазерная фара Audi имеет четыре лазерных элемента диаметром 300 микрометров. Длина волны каждого диода составляет 450 нм. Глубина исходящего дальнего света составляет около 500 метров.
Преимущества и недостатки
- 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.
Единственным недостатком является высокая стоимость. Помимо стоимости самого проектора, существует стоимость регулярного обслуживания и настройки.
Как они работают и светят
В реальных конструкциях, которые уже давно стали массовыми, когерентный свет энергетически получают из специальных веществ, которые могут поглощать излучение одной длины волны и испускать его наружу в другом спектре — это люминофоры.
Полученный белый свет может быть сфокусирован различными способами, чтобы создать луч света, освещающий улицу.
Сохраняя энергию в первичном пучке, можно увеличить мощность без потери теплового диапазона. Это значительно увеличивает дальность действия фары.
Даже ранние серийные модели могли легко освещать расстояние в 600 метров от автомобиля во время движения. Существуют и другие возможности, которые определяются дизайном, который постоянно совершенствуется.
Устройство
Уже существует как минимум два поколения лазерных фар. Первый — это (относительно) простая замена источника света на комбинацию твердотельного лазера и флуоресцентного кристалла.
Свет излучается через систему отражения и фокусировки, а затем используется для освещения дороги. Это конструкция фары дальнего света. Кроме того, в корпусе фары расположены обычные светодиодные модули для ближнего света и противотуманных фар.
Второе поколение выполняет адаптивную функцию. Для этого используется не одно зеркало, а несколько более мелких зеркал, похожих на пиксели.
Путем переключения с помощью электронного модуля можно добиться того, чтобы световой пучок реагировал на дорожную ситуацию, выделял важные объекты или выводил из-под света встречные автомобили и таким образом избегал ослепления.
Принцип работы матрицы такой же, как и у соответствующих светодиодных фар. Постоянно развивается как количество излучающих твердотельных лазеров, так и количество элементов в световой матрице.
Плюсы и минусы лазерных фар
Использование фар с источником лазерного луча приводит к множеству положительных и заметных для потребителя изменений при единственном недостатке:
- возрастает яркость, а значит и дальнобойность головного освещения;
- потребляемая мощность не изменится, но использоваться эта энергия будет не на бесполезный нагрев в инфракрасном диапазоне, а исключительно для подсветки дороги на многие сотни метров;
- появляется возможность четко управлять распределением светового пучка по зонам, интенсивно подсвечивать обочину, дорожные знаки, пешеходов, при этом блокировать ослепление встречного транспорта;
- наиболее продвинутые источники способны выводить на дорожное полотно многоцветную картинку с полезной информацией, вплоть до графического представления.
Одним из недостатков является очень высокая цена. На серийных автомобилях эта опция стоит от десяти тысяч долларов и выше.
Следовательно, покупка новых фар, например, после аварии, для многих людей будет непомерно дорогой. Однако то же самое справедливо и для ксенонового и светодиодного света. При массовом производстве цена снижается.
