Давайте представим себе такую ситуацию. На пешеходном переходе стоят люди, ожидающие момента, когда можно будет перейти дорогу. Автомобили останавливаются, и непосредственно на асфальте возникает двигающаяся стрелка, которая указывает на то, что можно идти и это безопасно. Где кроется источник этого изображения?
Наверняка не угадали. Изображение проецируется фарами авто, стоящего перед переходом. Эту и подобные, крайне интересные технологии, уже сегодня демонстрируют мастера концерна Audi. Там точно знают, что фары – это не просто источник света, это самые настоящие глаза автомобиля.
Содержание
Устройство фар
О лазерных фарах и их устройстве написано уже немало. Пока что наличием такой диковинки может похвастать только один серийный автомобиль – это спорткар Audi R8 LMX.
Естественно, сам по себе лазерный луч не может быть источником рассеянного света. А вот фосфорный конвертер под действием лазера – может. Поэтому свет, который видим мы – это излучение флуоресцирующего состава под действием лазерного луча с длиной волны 450 нм. Всего в формировании монохромного луча синего спектра участвуют четыре 0,3 миллиметровых лазерных светодиода.
Прецизионное затенение
Инженеры позаимствовали у видеопроекторов технологию подвижных микрозеркал DMD, с некоторыми доработками импортировав её в устройство фары. Тем самым были открыты огромные возможности. Фара создаёт проекции изображений, умеет создавать теневые зоны различных размеров.
Особенно явно превосходство фар, сделанных с применением лазерных источников, чувствуется при движении в замкнутых пространствах. Свет, исходящий от них, словно заполняет пространство, мягко и равномерно. А классические светодиодные фары только слегка очерчивают контуры расположенных вдали объектов. Цветовая температура близка к дневному свету, около 5500K, он очень мягок и не утомляет глаза даже при длительном движении. Поражает и дальность действия – до 500-600 метров, что в два раза больше, чем у всех используемых на сегодня вариантов.
Настолько мощный источник света может всерьёз и надолго ослепить водителя встречного автотранспорта. Поэтому его использование исключено без какой бы то ни было системы контроля. В Audi R8 LMX есть специальная видеокамера, постоянно фиксирующая обстановку на дороге. В случае появления какого-либо объекта, борткомпьютер соответствующим образом моментально изменит интенсивность света.
Что новенького?
Инженеры Audi славятся своими разработками и инновациями. Видеопроекторы и лазерные прожектора были взяты за основу последних разработок в направлении световых приборов.Результатом симбиоза двух этих технологий стали матрично-лазерные фары. Матрица устройства состоит из крошечных зеркал диаметром в сотые доли миллиметра каждое.
Их количество достигает нескольких сотен тысяч. Этот элемент конструкции позаимствован из Digital Micromirror Device. Основа – подложка-схема из полупроводников, к которой зеркала присоединены при помощи микропетель. Под действием электростатических полей микрозеркала способны вращаться в разные стороны. Частота поворотов достигает 5000/с. Посредством этого варьируется количество света, отражаемого на фокусирующую линзу от фосфорного корректора.
Такой инженерный ход позволил настичь две цели одновременно:
- В первую очередь, филигранно был решен вопрос ослепления водителей и иных участников дорожного движения, без потерь для собственной безопасности. Фара с матрично-лазерной технологией способна создать для каждого свою теневую зону, предотвратив ослепление, а свободную часть дороги она продолжит освещать ярчайшим светом.
- Второе, DMD наделило фару коммуникационными способностями и функцией помощника. Поскольку дальним светом пользуются, как правило, только на трассах, двигаясь с высокой скоростью, то в городской местности найдено другое применение всем преимуществам. Например, в затруднительных ситуациях с движением по узким улицам с помехами или парковкой, фары смогут создавать проекцию габаритов автомобиля прямо на дороге. Что значительно упростит задачу водителю и обеспечит больше безопасности окружающим объектам. В темное время суток фары смогут подсветить дорожные указатели.
Развитие технологии имеет большие перспективы и простор для воображения. Например, фары смогут проецировать впереди автомобиля определенный знак, сигнализирующий о появлении из-за угла. А воображаемая ситуация из начала статьи тоже вполне может стать реальностью в ближайшем будущем.
Роспись светом
Сезар Мунтада Роура, возглавляющий департамент, ответственный за дизайн светотехнических приборов Audi, ничем не уступает известным музыкантам. Только его живые концерты происходят не в огромных залах с гитарой в руках, а на собственном столе, с белым карандашом в руках и листом фактурного картона чёрного цвета в качестве площадки. На глазах у журналистов Сезар быстрыми размашистыми росчерками делает набросок пресловутой Audi TT. Попутно он повествует о том, что всего лишь несколько линий формируют динамичный и агрессивный образ спорткара. Завершающим аккордом наносится парочка штрихов, прорисовывающих автомобилю глазки. Таким образом, Сезар показывает, как можно передать весь дух автомобиля лишь в дизайне фар.
Речь идёт о концепции световых подписей. В Audi планируют снабдить каждую модель дневными ходовыми огнями с присущим только ей, неповторимым рисунком. По замыслу авторов, узор должен в полной мере раскрывать сущность и характер автомобиля, подчеркивая черты основного дизайна. Прогресс идёт полным ходом, ведь ещё в 2008 году отдельные светодиоды можно было различить, а уже сегодня ходовые огни представляют собой цельные, неразрывные полосы.
Для достижения требуемых характеристик световых элементов, таких как яркость, гомогенность и экономичность, используется особый полимер. По виду он похож на оргстекло, а внутри находятся тысячи пузырьков воздуха. Их размер и количество определяют показатель рассеивания света. Технология с использованием полимерного вещества позволяет располагать светодиоды на большем удалении между ними. Ещё один вид полимера, имеющий большие перспективы в производстве рассеивателей – вспененные. Из этого полимера получается лепить буквально любые формы. Также они имеют маленький вес.
Эксперты предрекают, что эволюция дневных ходовых огней на этом не закончится. Уже сейчас прорабатывается возможность применения световых волокон из кварцевого стекла или полимеров. Они представляют собой гибкие нити, которые очень удобно компоновать в произвольные формы. Излучение света может происходить как по всей их длине, так и с торцов. Гибкость даёт возможность посадки в глубину корпуса фары. Ещё из них делают целые светящиеся полотна.
В Audi большую ставку делают на трехмерность световых приборов. Дизайн должен разрабатываться таким образом, чтобы под разными углами обзора вид отличался, в целом создавая замысловатые сложные формы. Для реализации творческих задумок планируют использовать Molded Interconnected Device. Эти платы способны запитать не один мощный светодиод. Объёмный металлический каркас MID покрывается полимерным веществом. Выпаривая полимер с помощью лазера, наносят саму схему. Контуры впоследствии гальванизируют.
Ещё одна технология, на которую рассчитывают инженеры – линзы из кремния. Этот материал гораздо более стойкий к высоким температурам и намного легче стекла. С помощью кремниевых линз можно получать крайне маленькие радиусы кривизны. И размер у них значительно меньше, чем у стеклянных.
Инженеры и дизайнеры Audi мечтают создать автомобиль, корпус которого будет сплошным HD экраном. Для этого нужно его полностью покрыть органическими OLED светодиодами. В теории такая возможность есть, потому что размер их микроскопический и уже сейчас получают полотна с подобными характеристиками. А вот на практике дело обстоит несколько иначе. Органика слишком восприимчива к перепадам температур, а контакт с жидкостями для неё губителен. Без толстой и надёжной защиты не обойтись. Поэтому в ближайшем будущем с реализацией этой задумки придётся повременить.
Лазеры здесь, лазеры там
Концепты световых приборов, описанных выше, в серийное производство смогут пойти лет так через десять, не раньше. Но есть и кое-что такое, что технологии позволяют запустить в серию хоть завтра. Например, лазерная противотуманная фара. Эта штуковина – не что иное, как красный лазер, который рисует на дорожном покрытии поперечную полосу. Устанавливать сканирующий лазер планируется сзади.
При обычной погоде полоска едва различима, она не в состоянии ослепить водителя, едущего позади. А вот в тумане узор проявляется в виде красного треугольника за автомобилем.
Бюрократия в сфере автомобильной светотехники не знает границ, поскольку это имеет прямое влияние на дорожную безопасность. Конструкция и требования к приборам освещения строго регламентируются. Поэтому наряду с инженерами и дизайнерами существует штат лоббистов, продвигающих новейшие разработки в среде государственных чиновников. Их основная задача – доказать практическую пользу в отношении безопасности на дорогах.
Вообще, законодательство препятствует внедрению многих инноваций в серийное производство. Противотуманный лазерный фонарь – не исключение. Практика показала, что с этим тоже возможно справиться со временем. Те же динамические поворотники или мерцающие при торможении стоп-сигналы в последних моделях Audi тоже пробивались через бюрократическую стену.
Уже сегодня последняя модель спорткара Audi R8 в серии оснащается лазерными фарами и модулем дальнего освещения на светодиодах. Интенсивность света изменяется автоматически в зависимости от положения дел на дороге.
Лазерный противотуманный фонарь уже полностью сконструирован и испытан. Компания ожидает лишь одобрения со стороны государственных регуляторов, чтобы выпустить разработку на рынок.
Многие из разработок на гибких OLED пластинах тоже в одном-двух шагах от серии. А вот автомобиль, представляющий собой сплошной HD экран, появится, скорее всего, только в весьма отдаленном будущем.