探讨偏振技术在汽车产业中的应用

周国庆

摘要：使用偏振技术实现汽车远近光自动切换，本文作了大胆设想。通过偏振光检测装置，发现对面的车辆。技术难点在于光束分离装置，即如何实现把光分成相等的两份。

关键词：偏振光；偏振片；偏振技术；光束分离；光电转换；模拟求差

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）20-0245-02

近些年来，我国经济高速发展，人民生活水平大幅提高，社会经济活动频繁，机动车数量急剧增加。随之而来，交通事故也呈上升趋势，而交通事故中很大一部分是由于夜间行车时，对面车灯晃人眼使驾驶员看不清道路而发生的。

交通法规规定：在夜间行车时，两车距离150米处变换灯光即把远光灯切换为近光灯。由于改变了灯光的照射角度，这样不会使对面的驾驶员看不清道路。生活中，一些驾驶员常常不遵守这项规则，不及时切换远近光，再加上新型车灯异常明亮，使对面的驾驶员看不清道路，交通事故也就时有发生。针对这种情况，目前有几种辅助方式可以减少事故的发生。

一是司机戴偏光眼镜。我们知道，戴偏光镜会使进入眼睛的自然光的强度减少一半。如果进入眼镜的不是自然光，而是偏振光，偏振光的方向和镜片一致，则光的强度不会衰减。如果偏振光的方向和镜片不一致，则会衰减，当方向相差90度时，偏振光完全不会通过。戴偏光眼镜这种方式的优点很明显即把过于明亮的光线强度衰减一半，缺点也同样明显，即如果环境的光线已经很暗了，再通过镜片衰减，视线将变得更加模糊。

另一种方法是汽车的前挡风玻璃和前车灯都加装偏振片，二者偏振方向一致。车灯发出的光线为与水平方向成45度的偏振光，由于挡风玻璃的偏振方向与车灯一致，自己车灯射出去的光线经过反射，再透过挡风玻璃回到本车的驾驶室内，反射光不会衰减很多。而对面车灯射过来的偏振光方向与本车的挡风玻璃的偏振方向互成90度（因相向而行），所以对面车灯的光透过挡风玻璃后，强度下降很多。对面车灯的光中不完全是偏振光，有自然光的成分，偏振光的那部分被挡风玻璃挡住，自然光的那部分衰减一半，因此对面车灯的光强度下降很多，不会使司机看不清道路，自然也就减少了事故的发生。即使对面的汽车没有采用偏振技术，这种方法仍然有效。

第二种方法目前来看是最优的，但可惜的是没有大规模普及，仅少数高档车辆进行了安装。这种方法虽好，但仍未实现远近光的自动切换。笔者在第二种方法的基础上提出一个方案：设计一个这样的检测装置，该装置放置在车外，它能够把对面车灯发出的偏振光检测出来，发出信号带动继电器工作，从而实现远近光的自动切换，当然这个方案的前提就是所有车辆都装有偏振车灯和偏振前挡风玻璃。原理图如下：

我们把上面的原理图解释一下：

I为光的强度符号。I自然光代表汽车接收到的自然光的那部分光的强度分量；I本车偏代表汽车接收到的同本车前挡风玻璃偏振方向一致的那部分偏振光的强度分量，实际上它是本车车灯发出的偏振光反射回来的光的强度；I对面偏代表汽车接收到对面车发出的偏振光的强度分量，它与本车前挡风玻璃偏振方向成90度。这样，车外光的强度由三部分组成，分别是I自然光、I本车偏、I对面偏。

k1、k2代表相对稳定的衰减系数，k3是比例系数。偏振片1与偏振片2唯一不同的地方是偏振角度，偏振片1的偏振角度同本车车灯，偏振片2的偏振角度同对面车灯的偏振角度，二者偏振角度互成90度。光电转换1和光电转换2参数完全一样。

当车外光经过光束分离装置后，变成了强度相等的两束光，强度由（I自然光+I本车偏+I对面偏）衰减到k 1 （I自然光+I本车偏+I对面偏）。其中一束光经过偏振片1后，光线强度变为k 2 （k 1 I自然光/2 + k 1 I本车偏），k 1 I自然光/2为k 1 I自然光自然光这部分分量经过偏振片1的强度（自然光衰减一半），k 1 I本车偏为本车偏振光这部分分量全部经过偏振片1的强度（同方向的偏振光不衰减）， k 1 I对面偏这部分分量被过滤掉了（互为垂直的偏振光不会通过）。由于没有理想的光学器件，所以前面加了衰减系数k 2。

两束光中的另一束经过偏振片2后，光线强度由k 1 （I自然光+I本车偏+I对面偏） 变为 k 2 （k 1 I自然光/2+ k 1 I对面偏），k 1 I自然光/2为k 1 I自然光自然光这部分分量经过偏振片2的强度， k 1 I对面偏为对面车偏振光这部分分量全部经过偏振片2的强度。k 1 I本车偏这部分分量被过滤掉了。由于两个偏振片除偏振角度互成90度不一样之外，其他参数完全一致，所以仍加了衰减系数k2。

经过偏振片后的两束光分别进入光电转换装置，把光的强度信号转换成电压信号U1和U2，U1和U2同时进入模拟求差电路（U2—U1），处理后输出的信号为 k3k2k1（ I对面偏 —I本车偏）。当对面来车到达一定的距离时，I对面偏会远远大于I本车偏，所以使输出的信号是一个正的电压信号，把这个信号放大去驱动相关的继电器，实现远近光的自动切换。

我们看到，这套方案是可行的，理论推导是严谨的，光电转换和模拟求差电路完全可以实现，笔者也作了多次试验。这套方案的技术难点在于光束分离装置，即如何实现把光分成相等的两份。目前还没有成熟的技术。此技术如果能获得突破，将进一步提高汽车的智能化，将会带动汽车产业的升级换代。

一个国家的产业发展与它的制度设计有很大的关系，笔者呼吁相关部门重视偏振技术在汽车产业中的作用，下大力气制定新的产业标准，做相关的技术储备和研究。如果全面更换偏振车灯、偏振挡风玻璃，再加上本文设想的远近光自动切换装置，我们的汽车产业将会有一个大的腾飞，带动相关行业的经济效益也是巨大的。甚至摩托车、电动车都可以使用这项技术，交通事故会大大减少。笔者作此文仅起抛砖引玉的作用，希望有志之士作相关研究。