黃益 王文璇

摘 要：現(xiàn)代汽車照明技術(shù)隨著新光源技術(shù)的迭代發(fā)展，歷經(jīng)了白熾燈、鹵素?zé)襞荨㈦瘹鉄襞?，以及近年來流行的LED光源技術(shù)，前燈的路面照度也隨著光源光通量的提高愈加寬廣，色溫也愈加接近日光。2011年寶馬和奧迪又將激光光源技術(shù)帶入了人們的視線，那激光光源又有什么特點(diǎn)呢？能給駕駛者帶來什么好處？系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)又有哪些關(guān)注點(diǎn)？是不是未來照明技術(shù)的發(fā)展方向？本文就這些方面開展進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：機(jī)動(dòng)車照明技術(shù);激光;LED; 安全

激光大燈的光源——激光二極管（Laser diode）與發(fā)光二極管（LED）幾乎誕生于同一時(shí)代，雖然激光二極管的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用要比LED稍晚些，但是其應(yīng)用范圍更加廣泛，在測量、電子、通信、醫(yī)學(xué)、加工等行業(yè)都有激光二極管的身影。

激光大燈擁有LED大燈大部分的優(yōu)點(diǎn)，比如響應(yīng)說速度快、亮度衰減低、體積小、能耗低等。相比LED大燈激光大燈在尤其在體積方面具有優(yōu)勢，單個(gè)激光二極管元件的長度已經(jīng)可以做到10微米，僅為常規(guī)LED元件尺寸的1/100，這意味著，只要設(shè)計(jì)師愿意，傳統(tǒng)汽車的大燈的尺寸可以大幅度縮小，這也許將為汽車前臉上各個(gè)元素的設(shè)計(jì)比例帶來革命性的變化。

LED光源的光強(qiáng)約為 >100cd/m2，而激光光源則達(dá)到了>300cd/m2，并相關(guān)性能有進(jìn)一步提升的計(jì)劃，可見激光光源單位尺寸小能量巨大，可以達(dá)到較遠(yuǎn)的照射距離。在目前奧迪和寶馬相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)資料來看，激光遠(yuǎn)光的照射距離，1lux的范圍可以達(dá)到600m遠(yuǎn)，而LED近光和遠(yuǎn)光分別只能達(dá)到100m和300m遠(yuǎn)，這對于高速跑車在夜間的行駛安全有較大的吸引力。

那么激光光強(qiáng)水平那么高，從應(yīng)用法規(guī)角度有沒有限制呢？根據(jù)ECE R48 & R112 光強(qiáng)定義，遠(yuǎn)光的最大亮度為430，000cd;而在2013年9月相關(guān)會議，通過了GB4785-2007第2號修改單，將遠(yuǎn)光最大值從225，000cd放寬至 430，000cd與ECE法規(guī)一致;而SAE法規(guī)中對光源沒有特定法規(guī)定義，可以參考FMVSS中相關(guān)LED光源的定義，光強(qiáng)要求：FMVSS108 + SAEJ581，最大亮度為150，000cd，即遠(yuǎn)光上限是75，000cd+輔助遠(yuǎn)光75，000cd?？梢?，在現(xiàn)有的法規(guī)框架下，中國區(qū)域與歐洲區(qū)域相關(guān)要求一致，只要將系統(tǒng)強(qiáng)度控制在一定水平一下即可應(yīng)用激光光源，而將相關(guān)系統(tǒng)引入美國則會存在一定限制，激光的效果發(fā)揮將存在一定限制。

激光光源在機(jī)動(dòng)車上的應(yīng)用經(jīng)歷了2個(gè)發(fā)展歷程，第一代，高度集成化的模塊化光源，BMW采用了多個(gè)激光發(fā)生器通過內(nèi)部光學(xué)元件將激光匯聚在一起，并通過反射鏡將光打在熒光粉上，把藍(lán)光過濾成白色可見光，并通過邊上的藍(lán)光傳感器監(jiān)控?zé)晒馄馁|(zhì)量，防止對人眼有傷害的藍(lán)光泄露對人眼造成傷害。該系統(tǒng)整體尺寸較大，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置和應(yīng)用仍有一定局限性。第二代激光光源，采用了拆分的設(shè)計(jì)思路，代表性的廠家有歐司朗和日亞。光源系統(tǒng)尺寸更小，單個(gè)光源內(nèi)僅含一個(gè)藍(lán)光發(fā)生器和熒光粉，激光觸發(fā)后直接打在熒光粉上發(fā)出白光，系統(tǒng)更集約化，單價(jià)成本較第一代有較大降低，光學(xué)模組設(shè)計(jì)自由度更高，但相關(guān)系統(tǒng)安全診斷控制都集成在了光學(xué)系統(tǒng)組件上，對藍(lán)光傳感器的定位布置工藝要求更高。

第二代激光光源系統(tǒng)布置有什么要求呢？以反射式激光反射鏡模組為例，由于這一代激光光源不含藍(lán)光檢測的濾片，激光模組發(fā)出的光直接是通過熒光粉轉(zhuǎn)化的白光，需要在光學(xué)光學(xué)模組上增加額外的系統(tǒng)濾光芯片，監(jiān)控藍(lán)光泄露的情況?，F(xiàn)行的模組主要分反射式和透鏡式。

反射式模組系統(tǒng)尺寸略大，控制系統(tǒng)安全的藍(lán)光傳感器，之間布置在激光光源的正上方，透過反射鏡開的小孔，這樣檢測效率和響應(yīng)都比較及時(shí)，檢測濾片則直接布置系統(tǒng)控制PCB板上。由此可見，系統(tǒng)的尺寸鏈相對較長，從激光→散熱塊→反射鏡→PCB→濾片→濾光孔，系統(tǒng)安全控制對于裝配工藝制造控制要求比較高。

透鏡式模組尺寸略小，檢測藍(lán)光泄露的藍(lán)光傳感器一般布置在模組的側(cè)壁上，通過在棱鏡表面的二次折射監(jiān)控系統(tǒng)藍(lán)光的泄露;當(dāng)然也有布置在玻璃棱鏡內(nèi)表面的方式，這樣可以直接接受激光泄露的藍(lán)光，PCB線路板的布置會橫貫透鏡內(nèi)表面，對系統(tǒng)光學(xué)性能會有一定影響。

由于激光光強(qiáng)比較高才可以照的比較遠(yuǎn)，未來進(jìn)一步加深安全保障，一般以輔助遠(yuǎn)光的形式出現(xiàn)。例如，在配置防眩目遠(yuǎn)光系統(tǒng)的整車系統(tǒng)上增加激光輔助遠(yuǎn)光配置，可以在高速駕駛環(huán)境下進(jìn)一步提升無人夜間模式下的路面照射距離和亮度，進(jìn)一步提升客戶滿意度。通過單元自身的安全控制邏輯的同時(shí)，結(jié)合整車ADAS控制系統(tǒng)，一旦攝像頭識別出前方?jīng)]有車輛和行人，激光輔助功能才可被觸發(fā)，并通過車速可以實(shí)現(xiàn)較豐富的路面光形控制類型。

正由于激光輔助控制診斷的存在，機(jī)動(dòng)車路面照射安全才能得到有效保證，因而也有了對激光前燈技術(shù)性價(jià)比的質(zhì)疑，畢竟該系統(tǒng)對整車的成本影響還是相對較大的，對激光技術(shù)批量應(yīng)用還是有一定的限制。那有沒有高性能的光源，安全等級不高，同時(shí)也能達(dá)到較遠(yuǎn)路面照射范圍的需求呢？

根據(jù)近年來各光源供應(yīng)商在高功率LED方面的研發(fā)投入，大功率LED的亮度將逐步從80cd/mm2提升到>200cd/mm2水平，這樣相關(guān)亮度性能與激光的300cd/mm2接近，同時(shí)由于是LED類光源，并不存在藍(lán)光傷害，系統(tǒng)可靠性和成本將較激光光源有較大降低。通過相關(guān)模擬分析，1lux最遠(yuǎn)照射距離也可以達(dá)到>500m的水平，將給駕駛者帶來更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的駕乘體驗(yàn)。相信隨著光源技術(shù)的迭代發(fā)展，高性能LED光源將有更廣泛的應(yīng)用，出來對輔助遠(yuǎn)光系統(tǒng)并會對遠(yuǎn)近光系統(tǒng)帶來革命性的更新。