激光辅助照明技术在机动车上的应用

黄益 王文璇

摘 要：现代汽车照明技术随着新光源技术的迭代发展，历经了白炽灯、卤素灯泡、氙气灯泡，以及近年来流行的LED光源技术，前灯的路面照度也随着光源光通量的提高愈加宽广，色温也愈加接近日光。2011年宝马和奥迪又将激光光源技术带入了人们的视线，那激光光源又有什么特点呢？能给驾驶者带来什么好处？系统的安全设计又有哪些关注点？是不是未来照明技术的发展方向？本文就这些方面开展进行了讨论。

关键词：机动车照明技术;激光;LED; 安全

激光大灯的光源——激光二极管（Laser diode）与发光二极管（LED）几乎诞生于同一时代，虽然激光二极管的大规模商业化应用要比LED稍晚些，但是其应用范围更加广泛，在测量、电子、通信、医学、加工等行业都有激光二极管的身影。

激光大灯拥有LED大灯大部分的优点，比如响应说速度快、亮度衰减低、体积小、能耗低等。相比LED大灯激光大灯在尤其在体积方面具有优势，单个激光二极管元件的长度已经可以做到10微米，仅为常规LED元件尺寸的1/100，这意味着，只要设计师愿意，传统汽车的大灯的尺寸可以大幅度缩小，这也许将为汽车前脸上各个元素的设计比例带来革命性的变化。

LED光源的光强约为 >100cd/m2，而激光光源则达到了>300cd/m2，并相关性能有进一步提升的计划，可见激光光源单位尺寸小能量巨大，可以达到较远的照射距离。在目前奥迪和宝马相关产品的技术资料来看，激光远光的照射距离，1lux的范围可以达到600m远，而LED近光和远光分别只能达到100m和300m远，这对于高速跑车在夜间的行驶安全有较大的吸引力。

那么激光光强水平那么高，从应用法规角度有没有限制呢？根据ECE R48 & R112 光强定义，远光的最大亮度为430，000cd;而在2013年9月相关会议，通过了GB4785-2007第2号修改单，将远光最大值从225，000cd放宽至 430，000cd与ECE法规一致;而SAE法规中对光源没有特定法规定义，可以参考FMVSS中相关LED光源的定义，光强要求：FMVSS108 + SAEJ581，最大亮度为150，000cd，即远光上限是75，000cd+辅助远光75，000cd。可見，在现有的法规框架下，中国区域与欧洲区域相关要求一致，只要将系统强度控制在一定水平一下即可应用激光光源，而将相关系统引入美国则会存在一定限制，激光的效果发挥将存在一定限制。

激光光源在机动车上的应用经历了2个发展历程，第一代，高度集成化的模块化光源，BMW采用了多个激光发生器通过内部光学元件将激光汇聚在一起，并通过反射镜将光打在荧光粉上，把蓝光过滤成白色可见光，并通过边上的蓝光传感器监控荧光片的质量，防止对人眼有伤害的蓝光泄露对人眼造成伤害。该系统整体尺寸较大，对系统结构布置和应用仍有一定局限性。第二代激光光源，采用了拆分的设计思路，代表性的厂家有欧司朗和日亚。光源系统尺寸更小，单个光源内仅含一个蓝光发生器和荧光粉，激光触发后直接打在荧光粉上发出白光，系统更集约化，单价成本较第一代有较大降低，光学模组设计自由度更高，但相关系统安全诊断控制都集成在了光学系统组件上，对蓝光传感器的定位布置工艺要求更高。

第二代激光光源系统布置有什么要求呢？以反射式激光反射镜模组为例，由于这一代激光光源不含蓝光检测的滤片，激光模组发出的光直接是通过荧光粉转化的白光，需要在光学光学模组上增加额外的系统滤光芯片，监控蓝光泄露的情况。现行的模组主要分反射式和透镜式。

反射式模组系统尺寸略大，控制系统安全的蓝光传感器，之间布置在激光光源的正上方，透过反射镜开的小孔，这样检测效率和响应都比较及时，检测滤片则直接布置系统控制PCB板上。由此可见，系统的尺寸链相对较长，从激光→散热块→反射镜→PCB→滤片→滤光孔，系统安全控制对于装配工艺制造控制要求比较高。

透镜式模组尺寸略小，检测蓝光泄露的蓝光传感器一般布置在模组的侧壁上，通过在棱镜表面的二次折射监控系统蓝光的泄露;当然也有布置在玻璃棱镜内表面的方式，这样可以直接接受激光泄露的蓝光，PCB线路板的布置会横贯透镜内表面，对系统光学性能会有一定影响。

由于激光光强比较高才可以照的比较远，未来进一步加深安全保障，一般以辅助远光的形式出现。例如，在配置防眩目远光系统的整车系统上增加激光辅助远光配置，可以在高速驾驶环境下进一步提升无人夜间模式下的路面照射距离和亮度，进一步提升客户满意度。通过单元自身的安全控制逻辑的同时，结合整车ADAS控制系统，一旦摄像头识别出前方没有车辆和行人，激光辅助功能才可被触发，并通过车速可以实现较丰富的路面光形控制类型。

正由于激光辅助控制诊断的存在，机动车路面照射安全才能得到有效保证，因而也有了对激光前灯技术性价比的质疑，毕竟该系统对整车的成本影响还是相对较大的，对激光技术批量应用还是有一定的限制。那有没有高性能的光源，安全等级不高，同时也能达到较远路面照射范围的需求呢？

根据近年来各光源供应商在高功率LED方面的研发投入，大功率LED的亮度将逐步从80cd/mm2提升到>200cd/mm2水平，这样相关亮度性能与激光的300cd/mm2接近，同时由于是LED类光源，并不存在蓝光伤害，系统可靠性和成本将较激光光源有较大降低。通过相关模拟分析，1lux最远照射距离也可以达到>500m的水平，将给驾驶者带来更经济实惠的驾乘体验。相信随着光源技术的迭代发展，高性能LED光源将有更广泛的应用，出来对辅助远光系统并会对远近光系统带来革命性的更新。