激光大燈技術(shù)解讀 汽車(chē)燈光領(lǐng)域新革命

伴隨著電子科技的發(fā)展，汽車(chē)燈光也被賦予了更多使命和作用。人們希望它明亮、安全同時(shí)還要節(jié)能、美觀和耐用...為此，汽車(chē)廠商和相關(guān)科研組一直在尋找更好的解決方案，相應(yīng)的，汽車(chē)大燈也經(jīng)歷了鹵素、氙氣到LED，以及更具劃時(shí)代意義的激光大燈技術(shù)。

激光大燈技術(shù)用于汽車(chē)照明是否可行？

在正式探討汽車(chē)激光大燈技術(shù)前，簡(jiǎn)單科普一下激光照明是有必要的。首先，把激光用于燈光照射并不是新鮮事，它就在你我生活的周?chē)?shí)際上，作為激光大燈的光源——激光二極管（Laser Diode）和我們更熟悉的發(fā)光二極管（LED）幾乎誕生在同一年代，并且使用頗為廣泛，人們用它測(cè)量、通信、加工甚至是醫(yī)療手術(shù)和演出娛樂(lè)。

但是將激光二極管作為汽車(chē)大燈光源確是近幾年才提出的想法，目前也只有寶馬和奧迪品牌公布了他們的使用計(jì)劃。事實(shí)上，這個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程比我們?cè)诳苹秒娪爸锌吹降膹?fù)雜更多，甚至在研發(fā)之初，很多光學(xué)科研機(jī)構(gòu)并不看好這一項(xiàng)目，質(zhì)疑主要來(lái)自激光器的狹窄光斑和使用穩(wěn)定性上的考慮。同時(shí)，激光照明的另一個(gè)局限性在于非常狹窄的光線輸出：紅、藍(lán)、綠和黃四色波長(zhǎng)不能產(chǎn)生很好的顯色性。通俗一點(diǎn)講，激光光源不容易形成片狀照射區(qū)域，并且可實(shí)現(xiàn)的顏色非常有限。

最早提出可行性及解決方案的是寶馬汽車(chē)和美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，他們利用藍(lán)色、紅色、綠色和黃色光源相結(jié)合，創(chuàng)造出了一個(gè)媲美普通發(fā)光器產(chǎn)生的白色光源，同時(shí)也較好的解決了激光二極管激光器所發(fā)的白光顏色渲染質(zhì)量差的問(wèn)題，并且針對(duì)用戶偏好，實(shí)驗(yàn)室也做過(guò)大量試驗(yàn)，他們希望志愿者說(shuō)出自己對(duì)物體在不同光源照射下的喜好，結(jié)論是：激光照明的表現(xiàn)讓人滿意。并最終將激光大燈應(yīng)用到了寶馬i8概念車(chē)上使用。

美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是個(gè)什么機(jī)構(gòu)？

結(jié)構(gòu)組成上，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)是美國(guó)能源部與桑迪亞公司（美國(guó)電話電報(bào)公司子公司之一）聯(lián)合管理的一個(gè)多計(jì)劃高新實(shí)驗(yàn)室，總部位于美國(guó)加利福尼亞州利弗莫爾（California Livermore）。實(shí)驗(yàn)室研究項(xiàng)目覆蓋廣泛，主要涉及核武器材料開(kāi)發(fā)、電氣系統(tǒng)、礦物能源以及相關(guān)環(huán)境廢料處理等研究。

寶馬i8廣告詞：now with laser headlights

既然如此費(fèi)力，寶馬、奧迪等品牌為何還要如此推崇這一燈光技術(shù)呢？首先，激光大燈擁有LED大燈的主要優(yōu)點(diǎn)，比如響應(yīng)說(shuō)速度快、亮度衰減低、體積小、能耗低、壽命長(zhǎng)等等。此外，比LED大燈更明顯的好處在于：激光大燈總成的體積更?。▎蝹€(gè)激光二極管元件的長(zhǎng)度已可以做到10微米，僅為常規(guī)LED元件尺寸的1/100），這意味著，給汽車(chē)設(shè)計(jì)師留下了更多前臉造型設(shè)計(jì)的空間；更重要的，激光大燈的照明效率更高（LED照明的光輸出約為100流明/瓦，激光照明則約為170流明/瓦），同時(shí)，也較好的解決了燈光發(fā)熱和重量問(wèn)題，這些都可能為將來(lái)的汽車(chē)設(shè)計(jì)帶來(lái)革命性的影響。正如寶馬i8的廣告詞：now with laser headlights（現(xiàn)在是激光大燈時(shí)代了）。

此外，LED大燈需要非常繁復(fù)的冷卻系統(tǒng)（LED大燈在每個(gè)LED光源發(fā)射光束后需要通過(guò)反光鏡、透鏡形成廣范圍的平行光，在這些鏡片上產(chǎn)生了大量熱量，需要通過(guò)風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。），但激光大燈由于發(fā)光面積以及能耗的減小，冷卻系統(tǒng)也會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。

激光大燈的結(jié)構(gòu)比想象中簡(jiǎn)單（主要以寶馬i8為例）

將這項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室移植到實(shí)車(chē)上，寶馬給出的解決方案是：應(yīng)用了白光LED普遍采用的方法——藍(lán)色單色光+熒光濾鏡來(lái)制造白光。和LED一樣，激光二極管也只能發(fā)射單色激光，因此白光需要通過(guò)多個(gè)單色激光源合成，或者使激光通過(guò)石英等透明介質(zhì)，導(dǎo)致光譜展寬形成白光輻射。寶馬選擇了更為穩(wěn)定可靠的后者解決方法，同時(shí)，應(yīng)用了更加堅(jiān)固的化學(xué)硬化薄玻璃作為燈罩材質(zhì)，共分兩層，每層厚度僅為0.7毫米，重量相比傳統(tǒng)材質(zhì)降低了50%。

大燈照射方向如圖所示，通俗的講，寶馬i8使用的這套激光大燈的照射原理可以歸納為“一射一透兩反射”。一射是指藍(lán)色激光由激光器射出；一透是指經(jīng)過(guò)反射的激光通過(guò)黃磷濾鏡產(chǎn)生白光；兩反射則是指激光在框架上的激光反射鏡上反射一次，之后透過(guò)的光再于反射碗上反射一次，最終射出照射光。

至于結(jié)構(gòu)則并非我們想象中的復(fù)雜，簡(jiǎn)單的可分為激光光源、激光反射鏡、黃磷濾鏡和反射碗四個(gè)部分。

對(duì)于射出光線的安全問(wèn)題，據(jù)寶馬稱，激光大燈的亮度色溫都經(jīng)過(guò)研究，激光大燈所使用的激光對(duì)于人類、動(dòng)物以及自然環(huán)境都是100%安全無(wú)害的，發(fā)射器發(fā)出的藍(lán)色激光也在射向路面之前被轉(zhuǎn)換成自然純凈的白色，人眼看上去最為親切和自然，并完全符合日常使用的要求，燈光也不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。而對(duì)于應(yīng)用激光大燈后的可用功能，目前透露不多，但可以肯定的是自適應(yīng)燈光、動(dòng)態(tài)光點(diǎn)等功能已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。

寶馬率先應(yīng)用了激光大燈，奧迪也沒(méi)等閑視之

如前文所言，目前只有寶馬和奧迪品牌公布了激光大燈的使用計(jì)劃，我們可以在寶馬i8、奧迪Sport quattro Laserlight概念車(chē)等產(chǎn)品上看到這項(xiàng)裝備，但對(duì)于更多廠商而言，這項(xiàng)技術(shù)的廣泛推廣還處于攻堅(jiān)和觀望階段，而對(duì)于汽車(chē)用戶，他們更關(guān)心的并非技術(shù)本身，而是選擇了激光大燈，能帶來(lái)哪些實(shí)際的好處。而首先一點(diǎn)，新車(chē)的外觀無(wú)疑更炫了。

應(yīng)用激光大燈后，由于其更小的尺寸、更亮的照明以及更低的發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，便允許設(shè)計(jì)師重新設(shè)計(jì)車(chē)體，可以將更大的空間留給空氣動(dòng)力學(xué)的布局，以及適當(dāng)?shù)膶?duì)前懸和發(fā)動(dòng)機(jī)位置進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到優(yōu)化空間的用意等等。

另外，應(yīng)用激光大燈后，夜間行車(chē)也會(huì)更加安全，駕駛員的視野也會(huì)因燈光的改變而變得更加開(kāi)闊，有助于更早做出危險(xiǎn)判斷，同時(shí)，面向?qū)Ψ较驎?huì)車(chē)，燈光的可控范圍也會(huì)更大，避免炫目帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

無(wú)獨(dú)有偶，奧迪也在最新發(fā)布的概念車(chē)上應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)，以確保其在車(chē)燈應(yīng)用上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，正式使用的車(chē)型可能是奧迪R18 e-tron quattro，這也將是激光大燈技術(shù)第一應(yīng)用到汽車(chē)比賽中。奧迪稱新款激光大燈可以照亮500米范圍內(nèi)的車(chē)道（一般量產(chǎn)車(chē)的遠(yuǎn)光燈照射范圍為100米，部分配有適應(yīng)性大燈的車(chē)型可達(dá)200-300米）。

相應(yīng)的，奧迪車(chē)型還將激光光源應(yīng)用到了尾燈，雨霧天行車(chē)，激光霧燈會(huì)散開(kāi)一個(gè)向下的扇形區(qū)域，可視效果更佳，同時(shí)有效避免強(qiáng)光給后車(chē)駕駛員帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)。查閱寶馬和奧迪對(duì)其新車(chē)應(yīng)用的激光大燈技術(shù)介紹，我們能夠感受到充滿自信的態(tài)度，并且也對(duì)之后的使用效果量產(chǎn)充滿期待。