激光輔助照明技術在機動車上的應用

黃益 王文璇

摘 要：現代汽車照明技術隨著新光源技術的迭代發展，歷經了白熾燈、鹵素燈泡、氙氣燈泡，以及近年來流行的LED光源技術，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帶入了人們的視線，那激光光源又有什么特點呢？能給駕駛者帶來什么好處？系統的安全設計又有哪些關注點？是不是未來照明技術的發展方向？本文就這些方面開展進行了討論。

關鍵詞：機動車照明技術;激光;LED; 安全

激光大燈的光源——激光二極管（Laser diode）與發光二極管（LED）幾乎誕生于同一時代，雖然激光二極管的大規模商業化應用要比LED稍晚些，但是其應用范圍更加廣泛，在測量、電子、通信、醫學、加工等行業都有激光二極管的身影。

激光大燈擁有LED大燈大部分的優點，比如響應說速度快、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勢，單個激光二極管元件的長度已經可以做到10微米，僅為常規LED元件尺寸的1/100，這意味著，只要設計師愿意，傳統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元素的設計比例帶來革命性的變化。

LED光源的光強約為 >100cd/m2，而激光光源則達到了>300cd/m2，并相關性能有進一步提升的計劃，可見激光光源單位尺寸小能量巨大，可以達到較遠的照射距離。在目前奧迪和寶馬相關產品的技術資料來看，激光遠光的照射距離，1lux的范圍可以達到600m遠，而LED近光和遠光分別只能達到100m和300m遠，這對于高速跑車在夜間的行駛安全有較大的吸引力。

那么激光光強水平那么高，從應用法規角度有沒有限制呢？根據ECE R48 & R112 光強定義，遠光的最大亮度為430，000cd;而在2013年9月相關會議，通過了GB4785-2007第2號修改單，將遠光最大值從225，000cd放寬至 430，000cd與ECE法規一致;而SAE法規中對光源沒有特定法規定義，可以參考FMVSS中相關LED光源的定義，光強要求：FMVSS108 + SAEJ581，最大亮度為150，000cd，即遠光上限是75，000cd+輔助遠光75，000cd。可見，在現有的法規框架下，中國區域與歐洲區域相關要求一致，只要將系統強度控制在一定水平一下即可應用激光光源，而將相關系統引入美國則會存在一定限制，激光的效果發揮將存在一定限制。

激光光源在機動車上的應用經歷了2個發展歷程，第一代，高度集成化的模塊化光源，BMW采用了多個激光發生器通過內部光學元件將激光匯聚在一起，并通過反射鏡將光打在熒光粉上，把藍光過濾成白色可見光，并通過邊上的藍光傳感器監控熒光片的質量，防止對人眼有傷害的藍光泄露對人眼造成傷害。該系統整體尺寸較大，對系統結構布置和應用仍有一定局限性。第二代激光光源，采用了拆分的設計思路，代表性的廠家有歐司朗和日亞。光源系統尺寸更小，單個光源內僅含一個藍光發生器和熒光粉，激光觸發后直接打在熒光粉上發出白光，系統更集約化，單價成本較第一代有較大降低，光學模組設計自由度更高，但相關系統安全診斷控制都集成在了光學系統組件上，對藍光傳感器的定位布置工藝要求更高。

第二代激光光源系統布置有什么要求呢？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光檢測的濾片，激光模組發出的光直接是通過熒光粉轉化的白光，需要在光學光學模組上增加額外的系統濾光芯片，監控藍光泄露的情況。現行的模組主要分反射式和透鏡式。

反射式模組系統尺寸略大，控制系統安全的藍光傳感器，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都比較及時，檢測濾片則直接布置系統控制PCB板上。由此可見，系統的尺寸鏈相對較長，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，檢測藍光泄露的藍光傳感器一般布置在模組的側壁上，通過在棱鏡表面的二次折射監控系統藍光的泄露;當然也有布置在玻璃棱鏡內表面的方式，這樣可以直接接受激光泄露的藍光，PCB線路板的布置會橫貫透鏡內表面，對系統光學性能會有一定影響。

由于激光光強比較高才可以照的比較遠，未來進一步加深安全保障，一般以輔助遠光的形式出現。例如，在配置防眩目遠光系統的整車系統上增加激光輔助遠光配置，可以在高速駕駛環境下進一步提升無人夜間模式下的路面照射距離和亮度，進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，結合整車ADAS控制系統，一旦攝像頭識別出前方沒有車輛和行人，激光輔助功能才可被觸發，并通過車速可以實現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，機動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性價比的質疑，畢竟該系統對整車的成本影響還是相對較大的，對激光技術批量應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，同時也能達到較遠路面照射范圍的需求呢？

根據近年來各光源供應商在高功率LED方面的研發投入，大功率LED的亮度將逐步從80cd/mm2提升到>200cd/mm2水平，這樣相關亮度性能與激光的300cd/mm2接近，同時由于是LED類光源，并不存在藍光傷害，系統可靠性和成本將較激光光源有較大降低。通過相關模擬分析，1lux最遠照射距離也可以達到>500m的水平，將給駕駛者帶來更經濟實惠的駕乘體驗。相信隨著光源技術的迭代發展，高性能LED光源將有更廣泛的應用，出來對輔助遠光系統并會對遠近光系統帶來革命性的更新。