激光大燈技術(shù)解讀 汽車燈光領(lǐng)域新革命

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

激光大燈技術(shù)用于汽車照明是否可行？

在正式探討汽車激光大燈技術(shù)前，簡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圍。實際上，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，人們用它測量、通信、加工甚至是醫(yī)療手術(shù)和演出娛樂。

但是將激光二極管作為汽車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劃。事實上，這個實現(xiàn)過程比我們在科幻電影中看到的復雜更多，甚至在研發(fā)之初，很多光學科研機構(gòu)并不看好這一項目，質(zhì)疑主要來自激光器的狹窄光斑和使用穩(wěn)定性上的考慮。同時，激光照明的另一個局限性在于非常狹窄的光線輸出：紅、藍、綠和黃四色波長不能產(chǎn)生很好的顯色性。通俗一點講，激光光源不容易形成片狀照射區(qū)域，并且可實現(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和美國桑迪亞國家實驗室，他們利用藍色、紅色、綠色和黃色光源相結(jié)合，創(chuàng)造出了一個媲美普通發(fā)光器產(chǎn)生的白色光源，同時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)量差的問題，并且針對用戶偏好，實驗室也做過大量試驗，他們希望志愿者說出自己對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用到了寶馬i8概念車上使用。

美國桑迪亞國家實驗室是個什么機構(gòu)？

結(jié)構(gòu)組成上，桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)是美國能源部與桑迪亞公司（美國電話電報公司子公司之一）聯(lián)合管理的一個多計劃高新實驗室，總部位于美國加利福尼亞州利弗莫爾（California Livermore）。實驗室研究項目覆蓋廣泛，主要涉及核武器材料開發(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，比如響應說速度快、亮度衰減低、體積小、能耗低、壽命長等等。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€激光二極管元件的長度已可以做到10微米，僅為常規(guī)LED元件尺寸的1/100），這意味著，給汽車設計師留下了更多前臉造型設計的空間；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，也較好的解決了燈光發(fā)熱和重量問題，這些都可能為將來的汽車設計帶來革命性的影響。正如寶馬i8的廣告詞：now with laser headlights（現(xiàn)在是激光大燈時代了）。

此外，LED大燈需要非常繁復的冷卻系統(tǒng)（LED大燈在每個LED光源發(fā)射光束后需要通過反光鏡、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，需要通過風扇進行冷卻。），但激光大燈由于發(fā)光面積以及能耗的減小，冷卻系統(tǒng)也會相對簡單。

激光大燈的結(jié)構(gòu)比想象中簡單（主要以寶馬i8為例）

將這項新技術(shù)從實驗室移植到實車上，寶馬給出的解決方案是：應用了白光LED普遍采用的方法——藍色單色光+熒光濾鏡來制造白光。和LED一樣，激光二極管也只能發(fā)射單色激光，因此白光需要通過多個單色激光源合成，或者使激光通過石英等透明介質(zhì)，導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，應用了更加堅固的化學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”。一射是指藍色激光由激光器射出；一透是指經(jīng)過反射的激光通過黃磷濾鏡產(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雜，簡單的可分為激光光源、激光反射鏡、黃磷濾鏡和反射碗四個部分。

對于射出光線的安全問題，據(jù)寶馬稱，激光大燈的亮度色溫都經(jīng)過研究，激光大燈所使用的激光對于人類、動物以及自然環(huán)境都是100%安全無害的，發(fā)射器發(fā)出的藍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，燈光也不會對人眼造成傷害。而對于應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燈光、動態(tài)光點等功能已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。

寶馬率先應用了激光大燈，奧迪也沒等閑視之

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劃，我們可以在寶馬i8、奧迪Sport quattro Laserlight概念車等產(chǎn)品上看到這項裝備，但對于更多廠商而言，這項技術(shù)的廣泛推廣還處于攻堅和觀望階段，而對于汽車用戶，他們更關(guān)心的并非技術(shù)本身，而是選擇了激光大燈，能帶來哪些實際的好處。而首先一點，新車的外觀無疑更炫了。

應用激光大燈后，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，便允許設計師重新設計車體，可以將更大的空間留給空氣動力學的布局，以及適當?shù)膶η皯液桶l(fā)動機位置進行調(diào)整，以達到優(yōu)化空間的用意等等。

另外，應用激光大燈后，夜間行車也會更加安全，駕駛員的視野也會因燈光的改變而變得更加開闊，有助于更早做出危險判斷，同時，面向?qū)Ψ较驎?，燈光的可控范圍也會更大，避免炫目帶來的潛在風險。

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

相應的，奧迪車型還將激光光源應用到了尾燈，雨霧天行車，激光霧燈會散開一個向下的扇形區(qū)域，可視效果更佳，同時有效避免強光給后車駕駛員帶來的潛在危險。查閱寶馬和奧迪對其新車應用的激光大燈技術(shù)介紹，我們能夠感受到充滿自信的態(tài)度，并且也對之后的使用效果量產(chǎn)充滿期待。