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.
За минувшее столетие эволюция автомобильного освещения прошла путь от ацетиленовых горелок и лампочек Ильича до современной оптики, построенной на светодиодах. Адаптивными фарами головного света сегодня в той или иной мере могут похвастать многие автопроизводители, но немногие из них не копируют друг друга, а предлагают что-то по-настоящему прорывное. Компании Audi и BMW почти одновременно начали работу над технологиями так называемого лазерного света (и даже немного поссорились на тему того, кто был первым), и обеим удалось воплотить свои идеи в стандартных автомобилях.
Минимальная цена
4,49 млн руб
Максимальная цена
13,97 млн руб
Правда, если Audi оснастила лазерной оптикой только 99 экземпляров суперкара R8 LMX, то в случае с BMW никакого эксклюзива нет. Заходишь в конфигуратор нового поколения 7 Серии, ставишь галочку напротив опции BMW Laserlight, отстегиваешь 251 200 рублей за эту опцию и получаешь немного автомобильного будущего, если, конечно, можешь себе позволить. Чем же отличается лазерное освещение от обычного светодиодного, раз за него просят такие деньги?
Во-первых, правильнее называть такую оптику не лазерной, а лазерно-люминофорной. Конструкция устроена таким образом, что несколько лазерных диодов подсвечивают люминофор - специальный компонент, который преобразовывает энергию в световое излучение. В результате образовывается сверхмощный световой пучок, который направляется на дорогу через преломления и систему отражателей. Так что сам по себе лазер дорогу не освещает, а лишь вырабатывает необходимую энергию.
Во-вторых, лазерное освещение не работает на городских скоростях - для таких сценариев освещения у BMW 7 Серии присутствует обычный дальний и ближний светодиодный свет, который и так работает эффективно. Лазерный режим активируется вдобавок к основным источникам при долговременном движении со скоростью свыше 70 км/ч, когда поблизости нет других источников света, встречки и попутного транспорта. При этом лазерный модуль не подсвечивает дорогу веерным способом - помимо обычного пучка создается узкий световой тоннель, который "стреляет" вперед более чем на полкилометра. Идеальный режим для движения на высокой скорости по магистралям!
Вот как описывает работу BMW Laserlight сам производитель:
В режиме дальнего света лазерные фары BMW освещают зону до 600 метров, что почти в два раза больше дальности света обычных светодиодных фар. Данный режим автоматически включается по достижении скорости 70 км/ч. В состав фар входит светодиодный ближний свет и светодиодный дальний свет с лазерным модулем. Благодаря неослепляющей системе управления дальним светом BMW и встроенной системе адаптивного освещения поворотов лазерные фары BMW делают ночные поездки еще более приятными и безопасными. Неослепляющая система управления дальним светом BMW распознает наличие других участников дорожного движения и целенаправленно исключает их ослепление.
Из маркетинговых материалов компании BMW.
Иначе говоря, BMW продает клиентам действительно полезную технологию, которая прямо повышает безопасность движения. Здесь отлично работает правило - хорошего освещения много не бывает (бывает мало денег). А мы, в свою очередь, просто обязаны выяснить, сколько стоит подобный лазерный свет в реальной жизни. Не установленный с завода, а купленный с полки российского продавца BMW. Например, при восстановлении автомобиля даже после легкой аварии или в случае банального вандализма. Автоворы научились прекрасно разбираться в дорогих и востребованных деталях.
Топовую оптику BMW Laserlight легко отличить по горизонтальным шторкам синего цвета.
Посчитать, во сколько обойдется новая оптика, мы традиционно попросили официальных дилеров марки BMW в Москве на примере седана BMW 730Ld 2017 года выпуска с соответствующим опциональным освещением. Новость первая: только одна передняя фара BMW Laserlight будет стоить сумасшедшие 339 560 рублей, то есть эту цифру придется умножать на два. Новость вторая: при проблемах с оптикой придется какое-то время поездить вслепую, поскольку срок ожидания детали из Германии составляет около 3 недель. Прибавим сюда стоимость установки и адаптации фар силами официального сервиса - 6 800 рублей, и получим итоговую цифру 685 920 рублей!
" 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
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.
Дождался темноты, выехал на суперкаре Audi R8 LMX на загородные немецкие дорожки подальше от Ингольштадта, пропустил всех встречных, врубил дальний - и... где же обещанный лазерный свет? Он срабатывает только после 60 км/ч, и освещенная зона удлиняется почти вдвое - до шестисот метров! Только светит при этом... не совсем лазер.
Были автомобильные фары масляные, потом ацетиленовые, затем с лампами накаливания, потом газоразрядные и светодиодные. А теперь еще и лазерные! Они появились практически одновременно на BMW i8 и на Audi R8 LMX. Литеры LMX - в честь Ле-Мана. Ведь в этом году победные болиды Audi были впервые оснащены «лазерной» головной оптикой, а теперь ее серийный вариант ставится на дорожный R8 в «ле-мановской» версии.
В продажу пойдет лишь 99 таких -купе, которые отличаются от серийной версии V10 plus (АР №19, 2013) форсированным двигателем (570 л.с. вместо 550 л.с.), углепластиковыми деталями кузова (спойлеры, антикрыло, корпуса зеркал и т.д.), спортивными атрибутами в салоне и особой синей окраской. В Германии Audi R8 LMX продается за 210 тысяч евро - на 35 тысяч дороже исходной версии V10 plus. И примерно половина этой доплаты - как раз за «лазерный» свет!
Сравнение световых пучков фар Audi R8 LMX
Почему в кавычках?
Что такое лазер? Если коротко, то это квантовый генератор, вырабатывающий излучение оптического диапазона с недостижимой для других источников света монохроматичностью и когерентностью.
Монохроматичность, то есть постоянство цвета луча, - это следствие фиксированной длины волны. То есть лазерный луч может быть или красным, или синим, или... Но никак не белым, -поскольку белый свет, который и нужен для освещения дороги, - ахроматичес-кий. У белого света нет собственной длины волны, и получается он в результате смешения как минимум трех монохроматических излучений (например, красного, зеленого и синего - как в кинескопах телевизоров).
А когерентность - это синхронность колебаний волн в разных точках пространства и в разное время. Вспомните лазерные указки, работающие от обычных батареек. Мощность такого лазера - не более 5 милливатт, но луч бьет на пару-тройку километров, при этом на «прицельной» поверхности видно лишь небольшое освещенное пятно.
Но для автомобильных фар, наоборот, нужен источник рассеянного света, чтобы освещать большое пространствопередмашиной!
При этом даже дешевые лазерные указки опасны для глаз: сконцентрированный в одной точке луч бесповоротно повреждает клетки сетчатки. А с ростом мощности в «группу риска» попадают и кожа, и даже неорганические материалы.
Так каким образом инженерам немецкой компании Osram, которая разрабатывала новые фары и для Audi, и для BMW, удалось приспособить лазер для освещения дороги?
Косвенно. Лазеры в фарах Audi R8 LMX есть, но их лучи не выходят за пределы корпусов!
Видите секцию «лазерного» света? А она есть! Дуло лазерно-люминофорной «пушки» (показано стрелкой) - диаметром всего 2 см и прикрыто миниатюрными жалюзи, которые открываются по команде электронного блока при включении
Во-первых, головная оптика здесь прежде всего светодиодная: полупроводниковые источники света отвечают и за ближний свет, и за дальний. Но вдобавок в каждой фаре есть и четыре миниатюрных лазерных диода мощностью 1,6 Вт каждый (в фарах BMW i8 таких диода три - и это единственное принципиальное отличие от Audi). Лазеры генерируют тонкие, с волос, лучи синего цвета (длина волны - 450 Нм). С помощью линз эти лучи собираются в один и... попадают на люминофор - желтую фосфорную пластину площадью всего 0,5х0,5 мм. Это и есть истинный источник света! Поглощая энергию лазерного излучения, он испускает пучок практически белого света (цветовая температура - 5500 К), который через систему отражателей падает на дорогу.
От выхода «чистых» лазерных лучей наружу предохраняет многоступенчатая система безопасности, отрубающая питание при малейшем повреждении или «подозрении» на нештатную ситуацию. Жалюзи в фарах - тоже часть этой системы.
То есть лазер здесь - лишь источник энергии, и корректнее называть такие фары лазерно-люминофорными. А если учесть, что «лазерная» секция автоматически подключается к светодиодной только после 60 км/ч, то... О стыд, Osram? Но кого нынче интересует техническая корректность? Не будешь же называть эти фары «светодиодно-лазерно-люминофорными». Длинно и малопонятно. А скажешь «лазерные» - и вау-эффект обеспечен!
А какая технология лучше?
На сегодняшний день - матричная, - без тени сомнения отвечает Штефан Берлитц, главный специалист Audi по головному свету.
Герр Берлитц имеет в виду светодиодную оптику Audi Matrix LED, которая устанавливается, к примеру, на Audi A8 (АР №21, 2013): 25 мощных светодиодов с компьютерным управлением автоматически регулируют форму светового пучка, избегая ослепления встречных водителей. Лазерно-люминофорная оптика этого не умеет. Зато бьет на 500-600 метров! А у штатных светодиодных фар Audi R8 заявленная дальнобойность - всего около 300 м.
Но светодиодные матричные фары на обновленном Мерседесе CLS (АР №15-16, 2014) «по паспорту» светят на 485 м, лишь немного уступая лазерным фарам Audi.
И мы, и наши коллеги из Мерседеса уже научились делать хорошие светодиодные фары, - объясняет Штефан Берлитц. - А «лазерный» свет пока может похвастать лишь дальнобойностью и миниатюрными размерами. Но мы только начали работу над ним, дальше будет интереснее!
Не сомневаюсь. Ведь и ксеноновые фары сперва были крайне дорогими, а теперь это вчерашний день. А будущее - или светодиодное, или люминофорное. И однозначно - яркое.
