admin / 25.03.2020

Лазерная оптика

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, — ахроматичес­кий. 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.

Устройство фары

Компания Audi опубликовала видеоролик, в котором рассказывается о светодиодных фарах головного света нового поколения A4. Продажи автомобиля должны начаться осенью 2015 года.
Базовая версия автомобиля будет оснащаться ксеноновыми фарами Plus. За доплату они могут быть заменены светодиодной оптикой. Фара состоят из 12 диодов, которые потребляют всего 20 ватт. При включенном ближнем свете работают 11светодиодов. Блок управления меняет луч света в зависимости от данных, которые поступают от специальной камеры. Всего диоды могут менять яркость в 64 вариантах. Благодаря этому, автовладельцу будет доступно несколько миллионов комбинаций работы светодиодов.
Кроме этого, компания Audi разработала оптику Matrix OLED. Каждый блок включают в себя по два электрода, которые состоят из нескольких слоев сверхтонкого органического проводникового материала. При подаче тока с небольшим напряжением они начинают светиться разным цветом в зависимости от молекулярной структуры.


В отличие от точечного освещения, светодиоды OLED обеспечивают более однородное освещение. Кроме этого, им не нужны отражатели, либо другие подобные оптические детали, а также системы охлаждения. Благодаря этому удалось значительно облегчить конструкцию светотехники.
Также компания Audi ведет создание новой матричной головной оптики с использованием лазерного света. Технология носит название Matrix Laser и в будущем появится на серийных автомобилях бренда. По сравнению с обычной матричной оптикой новая разработка будет отличаться высоким динамическим разрешением.
В каждом модуле фары инженеры компании установят четыре лазерных диода диаметром 0,3 миллиметра. Они формируют единый монохромный синий луч света, который при помощи фосфорного конвертера преобразуется в белый. Прожектор дальнего света активируется на скорости выше 60 километров в час.
Отмечается, что на небольшой скорости свет проецируется на дорогу в широком диапазоне на близком расстоянии от автомобиля. При езде на высоких скоростях зеркало примет такое положение, при котором луч света рассеивается меньше, чтобы сконцентрироваться на дороге и увеличить дальность. Кроме этого система при помощи камер и датчиков определяет встречные автомобили и автоматически приглушает свет.
За последние годы Audi вложила в разработку головной оптики десятки миллионов евро. Светодиодные ходовые огни, которые в последнее время стали появляться и на моделях бюджетного сегмента, придумали именно в Ингольштадте. В 2004 году Audi A8 стал первым автомобилем, оснащенным светодиодными ходовыми огнями. Уже через 4 года немцы разработали полностью светодиодные фары, которые получил Audi R8.
Фото: Audi

Одним из самых дорогих устройств, которые кинозалу нужно приобрести, чтобы начать работу, является кинопроектор. Поэтому, чтобы не ошибиться, выбирать его нужно с умом. Сейчас на рынке предлагается два вида проекторов: ламповые и лазерные. О преимуществах и недостатках каждого типа проекторов и о том, какое приобретение более выгодно для субсидированных кинотеатров в 2020 году, нам рассказал коммерческий директор компании-инсталлятора кинотеатрального оборудования «МТД-Медиа» Николай Иванов.

На рынке России представлены четыре основных марки цифровых проекторов: Barco, Christie, Sony и NEC. Конкретная модель проектора подбирается с учетом потребностей заказчика, например, исходя из размеров экрана и из того, каково расстояние от кинопроектора до экрана.

Проекторы подразделяются на ламповые и лазерные в зависимости от того источника света, который в них присутствует. В случае лампового источника света используются ксеноновые лампы, во втором случае источником служит лазерный блок. Так как субсидии от Фонда кино получают, как правило, залы небольших размеров, заказчику, скорее всего, будет подобран проектор с лазерно-фосфорным блоком.

Ламповые проекторы стоят дешевле, причем существенно. Разница в цене между ламповыми и лазерными проекторами составляет от 700 тысяч. На этом преимущества ламповых проекторов заканчиваются.

В то же время у лазерного проектора ряд очень весомых плюсов:

  1. Он энергоэффективен. Примерно в два раза большая энергоэффективность (лм/Вт) по сравнению с ксеноновыми лампами.
  2. Выделяет меньше тепла. Ламповый проектор, ввиду того, что он потребляет много электроэнергии, греется и выделяет большое количество тепла. При выборе лампового проектора возникает необходимость установить в кинопроекционную вытяжную вентиляционную систему. Рабочий диапазон температур проекторов разных производителей сильно отличается. Следовательно, использование лазерного проектора получается вдвойне более выгодным: он не только расходует меньше электроэнергии, но и не требует установки вентиляционной системы.
  3. У лазерного проектора, как правило, более высокое качество изображения:
    1. «Лазер» дает гораздо более равномерную освещенность экрана.
    2. Более широкий цветовой диапазон, четкость, уровень контрастности ANSI. Отметим отдельно, что при выборе проектора рекомендуется обратить внимание именно на уровень контрастности ANSI, а не на показатель статической контрастности.
  4. С лазерным проектором нет необходимости менять ксеноновую лампу через каждые 1500-3000 часов работы. Несвоевременная замена лампы может привести к ее взрыву и дорогостоящему ремонту кинопроектора стоимостью от 300 тысяч рублей. Отсутствие необходимости заменять лампу делает лазерный проектор более простым в использовании.
  5. Эффективный срок службы лазерного блока в проекторе (такой срок службы, при котором яркости проектора будет достаточно для полноценного функционирования и показа качественной яркой «картинки»). В зависимости от марки лазерного проектора данный срок службы зависит от продолжительности стабильной яркости и составляет 20-75 тысяч часов работы проектора. После этого срока необходимо менять лазерный блок.

Таким образом, лазерный проектор более экономичен в эксплуатации за счет снижения энергопотребления и отсутствия необходимости закупать лампы, экономии на закупке системы кондиционирования. Энергосбережения и отсутствие отходов в виде ксеноновых ламп делает лазерный проектор более экологичным.

Простые расчеты и опыт компании «МТД-Медиа» показывают, что в 2020 году уже целесообразно единоразово переплатить за лазерный проектор по сравнению с ламповым. Однако заказчик сам выбирает, стоит ли переплачивать на «лазер» и все его преимущества – лучшее качество «картинки» и меньшие затраты в процессе эксплуатации – или же он потратит сэкономленные при покупке «лампы» средства на другие закупки, например, кресла.

Ниже «МТД-Медиа» представляет чек-лист с критериями, на которые компания рекомендует обращать внимание при выборе кинопроектора в 2020 году. Данный чек-лист будет особенно полезен получателям субсидии от Фонда кино.

Критерии, касающиеся качества изображения

  1. Тип проектора: лазерный или ламповый.
  2. Яркость, необходимая для конкретного экрана/зала.
  3. Наличие/Продолжительность стабильной яркости (DCI). Пояснение по этому вопросу дано выше.
  4. Процент охвата цветового пространства (REC2020).
  5. ANSI контрастность. (Не путать со статической контрастностью!)
  6. Спекл на серебре для RGB. Данный критерий актуален только в случае с большими кинозалами и следовательно, неактуален для модернизации кинозалов по программе от Фонда кино.

Критерии, касающиеся экономики и эксплуатации

  1. Потребление электроэнергии (включая закупку и потребление системы вентиляции и кондиционирования, обслуживающие кинопроекционную).
  2. Предельно допустимая температура окружающей среды. Именно от нее зависит потребность в системе кондиционирования. А нарушение температурного режима может лишить ваш проектор гарантии.
  3. Общий срок службы (падение яркости до 50%).
  4. Ремонтопригодность лазерного источника света. Очень важный критерий, поскольку стоимость ремонта проекторов разных производителей может отличаться на несколько сотен тысяч, а то и превысить миллион рублей.
  5. Наличие и стоимость расходных материалов (например, фильтры).
  6. Количество лет работы первых установленных проекторов конкретного производителя, наличие снятых с производства моделей. Иными словами, опыт производителя.

Более подробную информацию по выбору кинопроектора, а также ответы на любые вопросы на эту тему можно получить, оставив заявку на сайте компании «МТД-Медиа».

Применение лазеров охватывает значительную часть деятельности человека. Лазер является источником света с уникальными свойствами, тем не менее он долго не применялся для освещения. И вот, наконец, удалось создать образец системы освещения на основе лазера, которая пригодна для массового производства. О том, как работает лазерное освещение, его преимуществах и недостатках, пойдет речь в настоящей статье.

На выставке потребительской электроники CES 2019, прошедшей в январе 2019 года в Лас-Вегасе, была представлена автомобильная фара на основе лазера. Такие продукты в виде опытных продуктов демонстрировались и ранее, например, в 2014 году. Но на этот раз интрига была, во-первых, в том, что наконец-таки был представлен продукт, готовый к серийному производству, во-вторых, он имел принципиально новый функционал (дальность действия до 1 км, поддержка технологии передачи данных световым лучом Li-Fi) и, в-третьих, в проекте принял участие нобелевский лауреат Сюдзи Накамура, один из создателей светодиодов белого свечения.

Возможности лазера

Свойства лазерного луча действительно удивительны. Вы можете сфокусировать его, получив на большом расстоянии световое пятно малого размера. Лазером можно резать металлические листы. Наконец, лазеры применяются в медицине, как для проведения операций, так и для безоперационного лечения.

Чтобы понять, чем обусловлены возможности лазера, сравним его с некоторыми видами источников излучения, применяемых для освещения. Для этого вспомним, что свету свойственен так называемый корпускулярно-волновой дуализм: он одновременно представляет собой как электромагнитную волну, так и поток мельчайших частиц (фотонов).

Излучение лампы накаливания состоит из бесконечно большого числа составляющих с разной длиной волны в широком спектре. Излучение светодиода определенного цвета (не белого) состоит из бесконечно большого числа составляющих в относительно узком спектре. Длину волны, на которой приходится максимум спектральной плотности, принято считать длиной волны излучения светодиода. Газоразрядные источники низкого давления дают спектр, состоящий из одной или нескольких узких полос. Например, натриевые лампы низкого давления дают одну спектральную составляющую с длиной волны 620 нм. Такое свойство называется монохромностью. Однако излучение света происходит спонтанно, в результате фотоны, вылетающие из лампы, имеют разные направления распространения, поляризацию и фазу.

Лазерное излучение обладает такими свойствами, как монохромность, определенная поляризация и, самое главное — когерентность. Каждый фотон, вылетающий из лазера, имеет точно такие же свойства, как и предыдущий, а именно, те же направление движения, поляризацию и фазу. В итоге происходит усиление света по сравнению со спонтанным излучением.

Лазерное излучение может быть точно сфокусировано. Оптические свойства материала линзы зависят от длины волны преломляемого света. Поэтому если вы фокусируете солнечный свет или свет лампы накаливания, то получите не одну точку, а пятно очень малых, но все же конечных размеров.

Когда лазерное излучение проходит через линзу, то зависимость коэффициента преломления от длины волны никак не сказывается, потому что весь спектр состоит из одной составляющей с заданной длиной волны. Излучение фокусируется в одной точке бесконечно малых размеров. Благодаря этому лазерным излучением можно резать металл, также удается сфокусировать луч лазера на большом расстоянии.

Лазер обладает высокой энергоэффективностью, так как по своему принципу работы является резонансным устройством (в отличие от светодиодов и других источников света). Для того, чтобы понять, что это может дать для светотехники, проведем аналогии со звучанием старых концертных залов, построенных еще до появления звукоусилительной аппаратуры. В них звук усиливается за счет системы резонаторов, настроенных на частоту человеческого голоса. В итоге звук исполнителя на сцене хорошо слышен по всему залу, хотя дополнительная энергия при этом не расходуется. Точно так же за счет резонансных явлений полупроводниковый лазер более эффективен, чем светодиод и другие источники света.

Но монохроматичность лазера с точки зрения освещения является большим недостатком. Для систем освещения нужен белый свет, то есть широкополосное излучение. Таким образом, решение задачи создания системы лазерного освещения сводится к сочетанию таких, казалось бы, несочетаемых вещей, как монохромность и коге-рентность, с одной стороны, и широкополосность, с другой.

Как создавался лазер.
Предшественником лазера был мазер — прибор, работающий на схожем принципе, но дающий излучение не в световом, а в микроволновом диапазоне. Мазер был изобретен в середине 50-х годов советскими учеными Николаем Басовым и Александром Прохоровым, а также, независимо от них, американцем Чарлзам Таунсом. В 1964 году все трое были удостоены за изобретение мазера Нобелевской премии по физике.
Первый лазер, дающий излучение в видимом диапазоне, создал в 1960 году американский физик Теодор Майман.
В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые лазеры, изобретенные в 1963 году советским физиком Жоресом Алферовым и, независимо от него, американским физиком немецкого происхождения Гербертом Кремером. Но массовое производство таких лазеров стало возможным только в конце 70-х годов. За исследования в области полупроводниковых гетероструктур, приведшие, в частности, к созданию полупроводниковых лазеров, Жорес Алферов и Герберт Кремер были удостоены в 2000 году Нобелевской премии по физике.

Спектр излучения (слева направо):
люминесцентной лампы, светодиода на основе фиолетового чипа и обычного светодиода

От SORAA — к лазерному освещению

Основой для классического белого светодиода является кристалл, излучающий синий цвет с длиной волны 450 нм. На этот кристалл наносится люминофор, дающий зеленые и красные составляющие спектра в результате возбуждения его синим свечением. В результате суммирования излучения кристалла и люминофора получается белое свечение. Недостатком такого подхода является наличие явно выраженного всплеска в синей области спектра и «провала» в синезеленой части. С развитием технологии эти проблемы постепенно решались, тем не менее радикально улучшить цветопередачу светодиодов удалось, перейдя на принципиально новую технологию, развитие которой проложило дорогу лазерным осветительным системам.

Сюдзи Накамура основал компанию SORAA для развития технологии так называемых фиолетовых светодиодов. Основой таких светодиодов является чип, излучающий свет с длиной волны около 400 нм, находящийся на границе видимого диапазона и ультрафиолетового излучения. Чип покрывается трехполосным люминофором, который, будучи возбужденным излучением с длиной волны 400 нм, дает излучение синего, зеленого и красного цвета. Суммируясь, эти составляющие в итоге дают белое свечение. Принципиальным моментом является то, что люминофор практически полностью поглощает излучение чипа, то есть составляющая с длиной волны 400 нм в правильно сконструированном фиолетовом светодиоде не должна выходить за пределы устройства. Аналогичные светодиоды выпускают сейчас несколько фирм, в качестве примера можно привести линейку SunLike от Seoul Semiconductor.

Трехполосный люминофор можно возбуждать не светодиодом, а полупроводниковым лазером с длиной волны 400 нм. При этом мы также получим белое свечение, не содержащее в своем спектре исходного лазерного излучения. Именно на таком принципе и основаны лазерные системы освещения. Неудивительно, что компания SLD Laser, представившая произведшую на CES 2019 фурор автомобильную фару, стала ответвлением от SORAA, а ее техническим директором является все тот же Сюдзи Накамура.

Испытание предсерийного образца лазерной фары от SLD Laser

Проблема создания светодиодных фар

Светодиодные фары ближнего света используются сейчас в автомобилях повсеместно. А вот фары дальнего света на галогенных лампах по-прежнему превосходят по основным характеристикам светодиодные. Проблема заключается в том, что для таких фар источник света должен иметь как можно меньшие размеры. Но размеры светодиода сдерживаются ограничениями по плотности тока через него. Плотность тока равна отношению силы тока, протекающего через кристалл, к площади его сечения. То есть чем больше требуется световой поток, тем больший ток должен протекать через светодиод. И тем большими размерами должен обладать кристалл.
На современном уровне развития полупроводниковой светотехники обеспечить нужный световой поток от одного кристалла невозможно. Поэтому в фарах применяют светодиодные матрицы, обладающие значительными световыми габаритами. Кроме того, есть проблемы с отведением тепла от светодиодов, сосредоточенных в одном месте. Решить перечисленные проблемы можно с помощью лазерных систем освещения.

Освещение дороги светодиодными фарами (слева)
и опытным образцом лазерных фар, разработанных BMW

Преимущества лазерных систем для фар

Максимальная плотность тока в полупроводниковом лазере может быть в 1000 раз больше, чем в светодиоде. Благодаря этому можно значительно уменьшить размеры кристалла, что важно для автомобильных фар.

Резонансные явления, о которых упоминалось ранее, обеспечивают более высокий КПД полупроводниковых лазеров относительно светодиодов. То есть увеличивается доля энергии, идущая на полезное излучение, и одновременно уменьшается нагрев кристалла. Но лазеры позволяют принципиально по-новому организовать охлаждение источника света. От одного кристалла можно получить больший световой поток. SLD Laser объявила, что ей удалось получить световой поток 1000 лм от одного SMD лазера для освещения.

Лазер можно разместить отдельно от фары, в том месте автомобиля, где можно обеспечить его наилучшее охлаждение. Излучение лазера подается в фару по световоду и преобразуется в белое свечение непосредственно в фаре при помощи трехполосного люминофора. Внимательный читатель может отметить, что теоретически такую схему построения фары можно реализовать и с применением светодиодов. Но существующие на практике технологические ограничения позволяют реализовать ее только на основе лазера. Именно лучи лазера можно точно сфокусировать, чтобы они полностью вошли в световод. Потери в световоде минимальны только для одной длины волны, при передаче через него даже узкополосного спектра синего светодиода потери значительны, чего не скажешь о лазере, настроенном на «окно прозрачности» световода.

Важное преимущество лазерной осветительной системы — возможность размещения
источника света вне осветительного прибора с передачей излучения по оптоволокну.
Это позволяет обеспечить оптимальный температурный режим источника света

Li-Fi в фарах на лазерах

Широко разрекламированным преимуществом фар на основе лазера является возможность реализации технологии Li-Fi. Эта технология позволяет передавать информацию путем модуляции светового потока на частоте, не заметной глазу. В принципе, Li-Fi можно реализовать на любом полупроводниковом источнике света, для этого подходит и светодиод. Новизна заключается в том, что на полупроводниковом источнике света, а именно, на полупроводниковом лазере создана фара дальнего света, причем с дальностью до 1 км. Ранее технология Li-Fi использовалась для связи в пределах офиса, на расстоянии порядка нескольких метров.

Через Li-Fi автомобиль на дороге может передавать другим участникам дорожного движения, например, информацию о своих параметрах, количестве и составе пассажиров (есть ли дети), цели поездки (может заменить или дополнить классическую «мигалку»). Все это станет особенно актуальным при переходе на беспилотные автомобили.

Фара — лазерная, но спектр — обычный.
Следует отметить, что из автомобильной фары выходит излучение с широким спектром, близким к спектру солнечного света. Это — не лазерное излучение! Лазер используется только для возбуждения люминофора. Возможность фокусировки светового пучка на большие расстояния обусловлена не когерентностью излучения, а исключительно малым размером источника света. Но именно такой размер обеспечивается благодаря уникальным свойствам лазера.

Недостатки систем освещения на основе лазера

Как и у любой технической новинки, у систем освещения на основе лазера высокая стоимость и отсутствие широкого опыта применения. Если речь идет об автомобильных фарах, то пока правовое регулирование их отсутствует. Разработчики представленной на CES 2019 фары уверяют, что ее применение в США легально уже в силу того, что законодательство страны не запрещает использование лазерных фар.

Более серьезной проблемой являются вопросы безопасности для здоровья. Лазерное излучение обладает свойствами вызывать резонанс в клетках человеческого организма. Это свойство уже давно используется в медицине. Но одно дело, когда лазерное излучение подается с определенной длиной волны, в строго определенных дозах под наблюдением врачей. И совсем другое — не-контролируемое лазерное излучение с длиной волны, выбранной не по медицинским, а по иным соображениям.

В том случае, если система освещения на основе лазера сконструирована правильно и только что изготовлена, она безопаснее обычных светодиодов. Излучение лазера практически полностью поглощается люминофором, так что в спектре нет даже пресловутого «синего пика». Но при отступлении от технологии в процессе производства, а также при старении правильно изготовленного источника света способность люминофора поглощать лазерное излучение снижается. Наружу «вырывается» лазерное излучение, которое действительно опасно для окружающих.

По мнению автора статьи, решить эту проблему можно, снабдив каждую осветительную систему на основе лазера датчиком, определяющим выход лазерного излучения наружу. При обнаружении такого явления источник света автоматически отключается и включить его обратно пользователь самостоятельно не может. Но такая защита приведет к удорожанию инновационных систем освещения.

Перспективы использования лазера в освещении

Помимо автомобильных фар дальнего света, использование систем освещения на основе лазера имеет смысл для создания мощных прожекторов с углом распределения света менее 1 градуса. Также осветительные приборы на основе лазеров могут найти применение на высокоточных производствах и в медицине, там, где нужно точно сфокусировать пучок света в определенном месте.

Применение лазерных систем для уличного освещения, а также общего интерьерного освещения пока нецелесообразно из-за дороговизны и нерешенных проблем с безопасностью. Тем не менее перспективно использование лазерных систем освещения в охранных целях (в режиме включения на короткий промежуток времени), что позволит просматривать пространство на большем расстоянии, чем при использовании обычного освещения.

Еще каких-то 15 лет назад ксеноновые фары, работающие по технологии HID (High Intensity Discharge) xenon — разряда высокой интенсивности в колбе с ксеноном — устанавливались исключительно в премиальных авто представительского класса. Сегодня же, обзавестись подобной оптикой, включая усовершенствованные модели с механизмом переключения дальности света — так называемым, биксеноном — может владелец практически любого авто. Технологии стали доступнее, а комплект источников света — значительно дешевле.

Но прогресс не стоит на месте, и вот уже в серийных авто (опять же, пока премиального класса) появилась новая перспективная оптика — лазерные фары. Их принцип действия, какие существуют технологии у различных разработчиков, а также самый главные вопросы — когда вся эта красота подешевеет, и можно ли будет устанавливать подобные источники света в штатные места рядовых автомобилей — давайте и разберем.

Как это работает
По большому счету, правы инженеры Phillips (а оптикой различных поколений от этого известного производителя оснащен каждый третий автомобиль в мире), когда заявляют, что чисто лазерной оптики на сегодня не существует. То есть такой, в конструкции которой лазерный элемент выступал бы в качестве источника света.

Конечно, есть подобные лучи, видимые глазу и работающие в соответствующем спектре и с соответствующей длиной волны — помните, как в старом советском фильме «Гиперболоид инженера Гарина”. Но что касается современной автомобильной оптики последнего поколения, то в ней лазерные диоды играют роль не источника света, а источника энергии.

Упрощенно, принцип действия сводится к следующему. Однонаправленный (когерентный) лазерный луч, испускаемый светодиодом, с помощью комбинации зеркал и отражателей концентрируется на линзе, покрытой флуоресцентным составом.

Который, в свою очередь, поглощая энергию лазерного луча, интенсивно испускает фотоны — их мы видим в виде белого свечения.

Но кратная яркость и дальность освещения (у лазер-светодиодных фар она достигает 600 метров, у нынешних тиражных диодных, для сравнения, не превышает 300 метров) — далеко не главный параметр перспективной оптики. Многофункциональность такой фары — вот основной момент, за который владельцы эксклюзивных авто готовы выложить до 15 тысяч евро сверх базовой цены. Давайте посмотрим, что сегодня уже предлагают рынок и производители

Лазерная оптика в серийных авто

Первыми «иноваторами” в области лазерной оптики стали, конечно же, мейджоры — Ауди включила свои новейшие фары, сделанные по технологии Matrix Laser, в состав стандартного оборудования для мощного спорткара R8 LMX еще в 2014 году. И тогда же BMW предложила в качестве опции собственную эксклюзивную технологию Iconic Ligths для уже серийного футур-мобиля BMW i8. В этом году лазерной оптикой обзавелся и флагман баварских моторов — представительский BMW 7-ой серии.

Концерн Ауди начал разработку своих фар еще в 2012 году, объединив усилия с Bosch, OSRAM Licht AG и Институтом технологии Карлсруэ. Установив первый тиражный модуль на каждом из 99 выпущенных R8 два года назад, сегодня лаборатория Audi работает над следующим этапом — заменой всех LED-элементов в концепции Matrix Laser тысячами микрозеркал:

Фактически разбивая на пиксели отраженный лазерный луч, система этих микрозеркал, способных совершать до 5000 наклонов в секунду, дает просто огромные возможности «игры” со головным светом. Хотите — затемняйте область приближающейся встречной машины. Хотите — проецируйте на асфальт габариты автомобиля для уверенного прохождения узких мест и тоннелей. Или предупреждающие надписи на асфальте перед пешеходами, когда вы вдруг выныриваете из-за угла. Умная математика сделает за водителя все. И это при том, что по своим характеристикам яркость лазерных фар уже вплотную приближается к дневному свету — 5500 К против 6000 К, а максимальная дальность достигает 600 метров.

Что касается прямого конкурента — концерна BMW, то в реализации лазерных фар для нынешней линейки 7-ой серии, инженеры остановились пока на концепции совмещения лазерного модуля с матрицей из LED-источников последнего поколения. Что интересно, этот модуль — так же, как и для Audi — разработан OSRAM Licht AG.

Смотрится, конечно, очень красиво — баварцы, похоже, сумели найти лучший на сегодня дизайн фар головного освещения:

Но по сути конструкции модуля — ничего не изменилось с 2014 года. Все те же три лазерных диода с фосфорной накачкой мощностью 1,6 Вт каждый, система отражателей и линза с флуоресцентным составом. Плюс комплект осрамовских светодиодов для постоянного ближнего света, поворотников, адаптивного света и так далее. Характеристики почти такие же, что и Ауди — глубина до 600 метров и температура до 6000 К.

Ну а что же лидер Большой тройки? Mersedes в этой гонке лазерных технологий пока решил не участвовать, сконцентрировавшись на разработке матричных LED-фар, увеличив количество светодиодов в моделях уже 2017 года до 84. Индивидуальная настройка всей матрицы позволяет расширить до предела функциональные возможности головного света плюс использовать практически безграничные комбинации цветопередачи.

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*