光子學技術將在汽車應用中大顯身手

從LED頭燈、夜視安全系統，到正在涌現的激光點火系統，光子學技術正憑借其帶來的緊湊、低能耗以及高性能等優勢，在汽車應用中大顯身手。

目前，光學與光子學技術正在為汽車制造商提供一個日益豐富的“工具包”，幫助汽車制造商提高汽車的安全性、降低長期成本、提高效率，并為汽車增添獨特的設計元素。除了常見的LED尾燈，有些汽車也正在嘗試LED頭燈。與此同時，光纖也正在被用于連接汽車中的通信及顯示設備。據悉，目前福特公司正在調查研究汽車激光點火系統，而另有一些高端汽車還將提供夜視系統和駕駛員輔助系統。

LED尾燈和頭燈

“雖然目前汽車尾燈和車內照明燈采用LED解決方案的成本仍然遠遠高于白熾燈的成本，但是LED解決方案的巨大優勢已經足以使汽車制造商在開發和制造中接受其較高的成本。”德國卡爾斯魯厄大學（University Karlsruhe）專門研究汽車照明的Cornelius Neumann教授說，“LED除了具備超長的使用壽命外（其壽命通常長于汽車壽命），其快速的響應時間也是制動燈的一項重要安全因素，通常LED的響應時間要比常用的燈泡縮短約75毫秒。此外，LED的低功耗以及新穎的造型，也是制造商選擇LED用作汽車信號等的主要原因。”

Neumann教授聯合德國汽車照明與電子產品供應商海拉公司（Hella）在汽車照明領域進行了11年的深入研究。他表示，雖然LED尾燈在汽車中比較常見，但是汽車要采用LED頭燈卻面臨著更多的挑戰。

“到目前為止，市場上至少有三種型號的汽車采用了LED頭燈：雷克薩斯的LS 600、奧迪R8和凱迪拉克Escalade Platinum。”Neumann教授說，“但是在頭燈中完全采用LED解決方案，仍然有許多問題需要解決。”

Neumann教授指出，灰塵、潮濕、機械振動以及周圍溫度約高達90°C的苛刻環境，將對LED帶來一定的挑戰，因為LED的性能會隨著溫度的升高而下降，因此一些高功率的LED都需要配有冷卻裝置。而且，LED頭燈不是使用一個單一的光源（如鹵素燈或高強度放電（HID）燈），而是要將多個 LED組裝在一起，以達到行車信號照明的需求。[1]在LED頭燈中，通常使用三種不同的光學系統，分別實現不同的功能。這三種系統需要彼此穩固地配合在一起，發出亮度足夠高的光，以滿足路上行車照明的要求。

盡管LED頭燈仍然面臨著諸多挑戰，但Neumann教授補充說，與常用的燈泡解決方案相比，LED解決方案能節省50％甚至更多的能耗（見表 1）。[2]另據一些研究顯示，用不到20％的LED光就能獲得與HID燈同等的亮度，并且LED的照明更加安全。[3]隨著數學模型和軟件算法的發展，現在工程師們可以設計產生各種形式的反射鏡和透鏡，將從光源發出的光引導到交通路面的特定區域（見圖1）。

圖1：歐寶Signum汽車的頭燈全部采用了LED解決方案，其用不同的模塊實現不同的信號功能：6組LED用于近光燈；底部3組LED用于遠光燈；邊上兩組小LED用于地角燈；10組LED用作日間行駛燈。方向指標燈由位于頭燈頂部的具有反射系統的3組LED組成。根據各個信號燈的不同用途，分別選用不同的LED。

表1：傳統照明方式與LED照明功耗對比