Лазеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни еще в конце 1980-х с изобретением компакт-дисков и оптических приводов. С тех пор мы знаем, что лазеры могут быть очень полезны. Знаем мы также и то, что их излучение не всегда видимо глазу, но способно нанести серьезную травму при прямом попадании. А также то, что лазеры используются в хирургии в качестве скальпеля, а на промышленных производствах запросто режут металл. Все это как-то не вяжется с приятным глазу светом, разверзающим тьму на ночном шоссе.
Секрет в том, что в лазерных фарах собственно лазер служит вовсе не источником света, а поставщиком энергии. Принцип действия любого источника света состоит в том, что атомы излучающего вещества поглощают энергию и испускают фотоны. К примеру, в лампе накаливания вольфрамовая нить нагревается за счет электрической энергии.
Фото демонстрирует преимущество лазерного дальнего света (справа) перед светодиодным (слева). В свете лазерных фар становятся хорошо заметны объекты на расстоянии 600 м от машины, тогда как предел возможности LED-фар — 300 м. При движении днем водитель может видеть предметы на расстоянии до 2 км.
В лазерной фаре BMW i8 три лазерных светодиода создают когерентное (однонаправленное) излучение в голубой области спектра. Мощность этого излучения в десять раз превышает мощность ксеноновой фары. С помощью системы зеркал несколько лазерных лучей фокусируются на линзе, покрытой фосфоросодержащим флуоресцентным составом. Именно этот состав, поглощая энергию лазеров, излучает приятный глазу белый видимый свет.
Яркость такой фары, пусть и не десятикратно, но все же весьма значительно превышает яркость ксеноновых или светодиодных фар. Дальность действия лазерной фары достигает 600 м, в то время как предел возможностей LED-фары — всего 300 м.
Один из демонстрационных прототипов лазерной фары BMW. Дым позволяет увидеть лазерные лучи, направленные на флуоресцентную пластину с помощью системы зеркал. Каждая фара использует энергию трех голубых лазеров.
Мал золотник, да ярок
Лазерная технология предлагает ряд веских конструктивных преимуществ. К примеру, размер рефлектора — вогнутого зеркального отражателя, формирующего световой пучок нужной формы, — напрямую зависит от размеров источника света. Для галогеновой фары необходим как минимум 120-миллиметровый рефлектор, для ксеноновой достаточно 70-миллиметрового. Этим отчасти объясняется тот факт, что для многих автомобилей премиум-класса доступны лишь ксеноновые или светодиодные фары: их дизайн не допускает применения крупной галогеновой оптики.
Флуоресцентная субстанция в лазерной фаре — это практически точечный источник света, для которого достаточно 30-миллиметрового рефлектора. А значит, лазерная оптика может быть очень компактной, что непременно оценят дизайнеры.
Конструкция реальной фары, устанавливающейся на BMW i8, несколько отличается от прототипа, однако принцип действия остается неизменным. Три лазерных светодиода поставляют энергию на фосфоросодержащее вещество, а компактный рефлектор формирует из света точечного источника пучок нужной формы.
Пожалуй, самый существенный недостаток светодиодов — это склонность к перегреву. Значительная часть потребляемой ими энергии расходуется на выделение бесполезного тепла, которое необходимо рассеивать с помощью массивных радиаторов и дорогостоящих вентиляторов. Мало того, интенсивность свечения и долговечность светодиода зависят от рабочей температуры, поэтому сложные интеллектуальные системы охлаждения становятся неотъемлемой частью LED-фар.
Лазерный диод — очень эффективный источник энергии. Он не склонен к перегреву, и для его охлаждения достаточно компактного пассивного радиатора. Это значит, что лазерная оптика экономит драгоценное подкапотное пространство, несколько килограммов веса и весьма значительное количество топлива.
К сожалению, мы вряд ли скоро увидим лазерные фары на автомобилях массового сегмента. И помимо имиджевых соображений для этого есть весьма веские объективные причины. Яркость, а значит, и ослепляющая способность «лазерного» света как минимум вдвое больше, чем у любых современных аналогов. Следовательно, фары такого типа могут применяться только совместно с технологиями «неослепляющего» дальнего света и контроля уровня, которые сами по себе весьма дороги. В глаза встречным водителям ни в коем случае не должен попасть ближний свет авто, показавшегося из-за перегиба дороги, или включенный по ошибке «дальний».
На случай аварии предусмотрена система, отключающая лазеры при разрушении фары: все-таки прямое попадание лазерного луча может представлять опасность.
Прицельный огонь
Согласно статистике, многие водители пользуются дальним светом в исключительно редких случаях, а некоторые не пользуются совсем. Это связано с нежеланием отслеживать появление на дороге встречных автомобилей и постоянно переключаться на «ближний». Между тем на скорости 100 км/ч ближний свет обеспечивает видимость в пределах 70−80 м, в то время как остановочный путь может превышать эту величину.
Так на ночной дороге выглядит животное, подсвеченное узким лучом дальнего света. Яркий мерцающий луч не только оповещает водителя об опасности, но и делает сам автомобиль хорошо заметным.
«Неослепляющий» дальний свет уже прочно обосновался в списках опций люксовых автомобилей. Напомним, что водители машин, оборудованных данной системой, могут не выключать дальний свет даже при появлении встречных авто. Специальный механизм внутри фары меняет свет с дальнего на ближний лишь в узком секторе, в который попадает встречный автомобиль. Остальная часть дороги, включая попутные и встречные полосы, а также обочины, остается освещена «дальним».
Чтобы реализовать эту полезную функцию, производители используют два противоположных подхода. Первый заключается в наличии масок, затеняющих ту или иную часть светового пучка. Маски приводятся в движение быстрыми сервомоторами с точностью позиционирования до 0,1°. Моторы управляются компьютером, который анализирует изображение с высокочувствительной видеокамеры. К таким системам относится, к примеру, BMW Selective Beam.
Применение отдельных источников света (светодиодов) для освещения узких секторов дороги дает возможность избавить от ослепления водителей сразу нескольких встречных или попутных автомобилей, при этом освещая участки между ними ярким дальним светом.
Второй подход предполагает использование отдельных источников света (ксеноновых ламп или светодиодов) для освещения каждого сектора дороги. Противники данной концепции упрекают ее в ощутимом падении общей яркости при отключении отдельных сегментов или в избыточной ширине теневой зоны.
Вряд ли в этом можно упрекнуть фары Audi Matrix LED, опционально устанавливаемые на последнее поколение седана A8. За дальний свет в них отвечают 25 мощных светодиодов, скомпонованных в пяти рефлекторах. Это означает, что пучок дальнего света делится аж на 25 узких секторов, и, управляя ими, можно точно затенять очень узкие участки.
Важное преимущество Matrix LED заключается в способности затенять сразу несколько встречных автомобилей, сохраняя полосы дальнего света между ними. Такая возможность недоступна для фар с моторизированными масками.
Если переключатель света на A8 установлен в положение auto, дальний свет автоматически включается на скорости свыше 30 км/ч за городом и свыше 60 км/ч в населенных пунктах. Для того чтобы отличить проселочные дороги от городских, система обращается за подсказкой к спутниковому навигатору.
Одна из последних модных функций, доступная для обоих типов неослепляющих фар, — подсветка людей и животных при движении с ближним светом. Это стало возможно благодаря появлению на автомобилях представительского класса приборов ночного видения. Если такой прибор обнаруживает человека или животное на дороге или обочине, он посылает в соответствующем направлении узкий мигающий луч дальнего света. Этот «маяк» не только указывает водителю на опасность, но и предупреждает пешехода или зверя о приближении транспорта.
На периферии
Инновации затрагивают не только фары головного света, но и вспомогательные световые приборы — габаритные огни, стоп-сигналы, указатели поворотов. К примеру, «поворотники» на той же Audi A8 представляют собой линии из 18 светодиодов спереди и 24 сзади. Они загораются не одновременно, а друг за другом, имитируя движение светящейся линии в сторону поворота.
Любопытно, что «мультипликационные» указатели поворотов вполне вписываются в обычные правила: ведь, загоревшись по очереди с 20-миллисекундным интервалом, огни остаются зажженными в течение еще 250 миллисекунд, а затем гаснут, как и предписано стандартом.
На автомобилях будущих поколений место габаритных огней, а также внутрисалонных осветительных приборов займут органические светодиоды OLED. В отличие от обычных светодиодов, представляющих собой точечный источник света, OLED — это тонкая пленка, излучающая свечение по всей площади. На единицу площади OLED приходится гораздо меньшая тепловая нагрузка и яркость, что, в свою очередь, означает экономию и пространства, и электроэнергии, и в конечном счете — топлива.
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
Недавно фирмой Audi была представлена новая версия суперкара R8. Она получила обозначение LMX. Новинку оснастили фарами головного света, конструкция которых содержит лазерные светодиоды. По словам представителей бренда, купе LMX можно считать первым в мире серийным авто, оснащенным лазерной оптикой «с завода».
Скоро должны выпустить и гибридный суперкар BMW i8, прототип которого был представлен еще в 2011-м году. Данный автомобиль тоже получит лазерные фары, но только в качестве опции. Возникает вопрос, не опасна ли новая технология для глаз, и целесообразно ли применять ее на практике. Ответить на подобные вопросы мы попытаемся далее.
Конструкция
Каждая фара Audi LMX содержит массив из четырех светодиодов. Луч лазера, идущий от каждого светодиода, попадает на люминофор, который излучает видимый свет с температурой 5500 K. Световой поток, излучаемый люминофором, больше напоминает свет галогенных ламп, и не имеет ничего общего с лазерным излучением. Значит, какой-либо опасности для глаз человека инновационная оптика не представляет, несмотря на то, что основным источником энергии в ней является лазер.
Спрашивается, зачем нужны все эти сложности, такие как лазеры, фосфоресцирующий экран и так далее. В действительности дальность освещения, получаемого с использованием лазерных модулей, вдвое превосходит показатели, характерные для LED или ксенона. Что является хорошим аргументом для применения рассматриваемой технологии именно в автомобильной оптике. Разумеется, что дальнобойный лазерный свет нельзя будет задействовать, когда используется режим ближнего света. Это можно считать еще одной гарантией того, что новая технология является безвредной.
Только в суперкарах
Вряд ли рассмотренная здесь технология в реальности получит повсеместное распространение. Лазерные фары в автомобиле Audi LMX активизируются на скорости 60 км/ч, но суперкар обладает системой, обнаруживающей встречные машины и отключающей лазерный модуль в случае необходимости. Наверняка подобная кибернетическая система является дорогостоящей, а без наличия подобных систем использовать лазерную оптику будет неправомерно.
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.
