CC BY
28
УДК 535.31
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ОПТИКЕ
И.В. Савин
Рассматриваются перспективные направления развития в автомобильном освещении. На сегодняшний день наиболее современными и излучателями света в массовом производстве являются светодиоды: они затрачивают меньше энергии и в то же время обеспечивают более яркий световой поток, относительно галогеновой и ксеноновой оптики. Однако технологии не стоят на месте и совершенствование светодиодной технологии привело к появлению матричных, лазерных и фар с жидкокристаллическим дисплеем.
Ключевые слова: светодиоды, LED, матричная оптика, автосвет, галоген,
ксенон.
Ещё совсем недавно было сложно представить достойную альтернативу галогеновой оптике. Развитие технологий и растущая конкуренция способствовали появлению первых ксеноновых ламп, что позволило расширить возможности автомобильных фар. Освещение стало ярче, энергопотребление - ниже. Световой поток галогеновой лампы 55 Вт составляет 1500-2000 люмен, в то время как классическая 35 Вт ксеноновая лампа излучает от 2500 до 3200 люмен. Кроме того, интенсивность свечения ксено-новой лампы на протяжении всего срока службы практически неизменна, в то время как износ в следствие воздействия вибрации и перепада температур нитей накаливания в галогенной оптике приводит к снижению яркости свечения практически сразу.
Однако и ксеноновые фары имели свои недостатки: обязательным условием было наличие блока розжига, лампочки со временем выходили из строя, на розжиг ламп при холодном включении требовалось некоторое время.
Появление светодиодных технологий стало настоящей революцией в автомобильной оптике. Кроме того, что снизилось энергопотребление и увеличился максимальный световой поток, появились возможности интеллектуального управления освещением. Автомобильная оптика в классическом представлении имеет ближний и дальний свет. Заводская регулировка ближнего света выставлена таким образом, чтобы не ослеплять встречный и попутный транспорт. Со временем начали появляться вариации с автоматическим корректором фар, который получал информацию от датчиков наклона, установленных на осях автомобиля, автоматически регулировал световой пучок вверх или вниз. После появились поворотные линзы, которые получали информацию с датчика поворота руля и автоматически регулировали пучок влево или вправо, что позволяло «заглядывать» в поворот. Существовала и комбинированная оптика, которая автоматически регулировала пучок в нескольких направлениях. Статистика показывает, что во-
346
дители автомобилей, оснащенные оптикой с поворотной линзой, попадали в ДТП при поворотах в темное время суток гораздо меньше, чем водители с оптикой без поворотного механизма.
Включение дальнего света позволяло значительно увеличить обзорность, однако создавало помехи встречным и попутным водителям транспортных средств, что могло спровоцировать ДТП (рис. 1, а). Такой свет высокоэффективен, но безопасно для применяться может лишь на пустой дороге.
Рис. 1. Работа матричной светодиодной оптики: а - дальний свет классической оптики, водитель встречного автомобиля ослеплён;
б - дальний свет матричной оптики, участок с встречным автомобилем не освещается
Светодиодные модули в оптике предоставили возможность гибкого управления автомобильным светом. Появилась возможность использовать дальний свет на любой дороге при любом количестве транспортных средств, т.к. при их обнаружении в поле зрения специальной камерой, закреплённой в районе лобового стекла, светодиоды позволили приглушать или полностью отключать излучение света на тот участок, в котором находится встречный или попутный автомобиль (рис.1, б). Такая оптика предоставляет водителям дополнительные преимущества: видимость в темное время суток выше, увеличиваются время реагирования на препятствие, снижается вероятность возникновения ДТП.
Дальнейшее развитие светодиодной оптики - добавление групп лазерных элементов. Они позволяют направлять яркий световой поток до 600 м, что в 2 раза больше, чем максимальная длина пучка у современных све-тодиодов с активным дальним светом.
Поскольку попадание прямых лазерных лучей для человеческого зрения губительно, автопроизводители применяют технологии преломления света, в результате свет попадает на дорогу не напрямую с лазеров, а через систему линз и отражателей. Такая система нивелирует негативное влияние лазеров на сетчатку глаза и полностью безопасна для применения на дорогах общего пользования.
Лазерные оптические компоненты отличаются большой компактностью. Площадь светоизлучающей поверхности в сравнении с современными светодиодами в 100 раз меньше. Благодаря этому, есть возможность создавать сложные оптические комбинации из различных компонентов для модернизации оптики или делать фары намного меньшими в размерах с одновременно растущей эффективностью освещения.
преобразующий монохромное излучение в белый свет
Рис. 2. Лазерные элементы в матричной оптике
Инженеры компании AUDI представили комбинированную оптику, состоящую из матричных и лазерных элементов (рис. 2). Лазерный свет, проходящий через люминофор и систему линз, попадает на поворачиваемые зеркала DMD чипа. Отраженный свет формируется в направленный пучок при помощи линзы. Технология совершенствует матричную технологию, а также предоставляет новый пользовательский опыт. Свет, излучаемый лазером, больше не нуждается в отключении при появлении встречного или попутного автомобиля. Используя преимущества матричной технологии, участки с посторонними транспортными средствами не освещаются. Водитель получает все преимущества лазерного освещения и не доставляет неудобств остальным участникам дорожного движения. Однако на сегодняшний день автопроизводители пока ещё не используют лазерно-матричную оптику, поскольку технология стоит слишком дорого и её внедрение в оптику экономически нецелесообразно.
Преимущества лазера ещё и в том, что при взаимодействии с остальными системами автомобиля, оптика может подсвечивать определённый объект на пути (в связке с тепловизором есть возможность подсвечивать знаки, людей или животных в темное время суток) направленным и ярким (ярче ближнего и дальнего света) световым пучком, чтобы оповестить водителя о возможной опасности [1].
Компания Hella продемонстрировала новые возможности автомобильной оптики, представив технологию светодиодных жидкокристаллических фар. Одна из главных особенностей строения оптики (рис. 3) - интеграция жидкокристаллического (LCD) дисплея.
Рис. 3. Светодиодные фары с высоким разрешением (HD-LCD), разработанные фирмой Hella: 1 - блок управления светодиодами
и жидкокристаллическим экраном; 2 - вторичная оптика, объединяющая оба световых потока; 3 - жидкокристаллический экран с разрешением 100*300 пикселей; 4 - зеркало для преломления светового потока; 5 - поляризационные фильтры; 6 - светодиодная матрица, дающая неполяризованный свет
На дисплей накладывается матрица с разрешением 100 x 300 пикселей с возможностью регулировки яркости каждого пикселя [2]. Окружающая обстановка оценивается системой видеокамер и с датчиков света и расстояния. Данные с датчиков поступают на блок управления, способный выполнять до 60 команд регулировки пикселей в секунду по каждому пикселю. Излучение света происходит из расположенных в три ряда 25 высокоэффективных светодиодов. Новая технология позволяет формировать направленную на дорогу проекцию плотностью 30000 пикселей и непрерывно регулировать весь комплекс параметров освещения в зависимости от дорожной ситуации. Кроме затемнения определённых участков, появились новые высокотехнологичные возможности: проекция на дорожное полотно указателей, знаков, информации с системы навигации автомобиля, идеальная траектория движения в виде линий и стрелок.
Развитие технологий, конкуренция между производителями автомобильной оптики, а также автопроизводителями позволило значительно усовершенствовать автомобильное освещение за последнее десятилетие. Появление светодиодов в оптике поначалу оказывалось дорогим и неоправданным решением, однако компоненты со временем подешевели, появлялись более эффективные, на сегодняшний день многие автомобили оснащаются фарами со светодиодами уже в базовых комплектациях. Появление матричного света открыло новые горизонты в автомобильной оптике и позволило водителям передвигаться с постоянным дальним светом и при этом не ослеплять остальных участников движения. Лазерные технологии увеличили максимальную дальность до 2 раз, однако на сегодняшний день всё ещё очень дороги. Появление оптики с жидкокристаллическим дисплеем открывает новую эру автомобильного освещения: кроме интеллектуального управления световым пучком, фары «научились» проецировать на
349
полотно перед автомобилем различную информацию, в том числе информацию о ближайших поворотах с системы навигации, а также проекцию траектории движения. Может показаться футуристичным, однако уже сегодня такой оптикой могут опционально оснащаться флагманские серийные образцы автомобильных марок.
Список литературы
1. Лазерные фары: что это и как это работает? // ФараИнфо - все об автомобильной оптике [Электронный ресурс]. URL: https://farainfo.ru/ lazernyie-faryi-chto-eto-i-kak-eto-rabotaet/ (дата обращения: 05.03.2020).
2. Новая технология от HELLA: Жидкокристаллические фары HD // GROUPAUTO Russia [Электронный ресурс]. URL: http://groupautorus.ru/ news/ suppliers/ novaja-tehnologija - ot - hella - zhidkokristallicheskie - fary-hd.html (дата обращения: 05.03.2020).
Савин Илья Вадимович, магистр, ne@ilyasavin.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PROMISING AREAS OF DEVELOPMENT IN A UTOMOTIVE OPTICS
I.V. Savin
Perspective directions of development in automobile lighting are considered. To date, the most modern light emitters in mass production are LEDs: they use less energy and at the same time provide a brighter light output, relative to halogen and xenon optics. However, technologies do not stand still and the improvement of led technology has led to the appearance of matrix, laser and headlights with a liquid crystal display.
Key words: LEDs, LED, matrix optics, auto light, halogen, xenon.
Savin Ilya Vadimovich, master, ne@ilyasavin. ru, Russia, Tula, Tula State University
