光子学在汽车中的应用

　　随着科技的进步和发展，光学与光子学技术正在为汽车制造商提供一个日益丰富的工具包集，以帮助汽车制造商提高汽车的安全性、降低长期成本、提高效率，并为汽车增添独特的设计元素。除了常见的LED尾灯，有些汽车也正在尝试LED头灯。与此同时，光纤也正在被用于连接汽车中的通信及显示设备。据悉，目前福特公司正在调查研究汽车激光点火系统，而另有一些高端汽车还将提供夜视系统和驾驶员辅助系统。

　　LED尾灯和头灯

　　“虽然目前汽车尾灯和车内照明灯采用LED解决方案的成本仍然远远高于白炽灯的成本，但是LED解决方案的巨大优势已经足以使汽车制造商在开发和制造中接受其较高的成本。”德国卡尔斯鲁厄大学（University Karlsruhe）专门研究汽车照明的Cornelius Neumann教授说，“LED除了具备超长的使用寿命外（其寿命通常长于汽车寿命），其快速的响应时间也是制动灯的一项重要安全因素，通常LED的响应时间要比常用的灯泡缩短约75毫秒。此外，LED的低功耗以及新颖的造型，也是制造商选择LED用作汽车信号等的主要原因。”

　　Neumann教授联合德国汽车照明与电子产品供应商海拉公司（Hella）在汽车照明领域进行了11年的深入研究。他表示，虽然LED尾灯在汽车中比较常见，但是汽车要采用LED头灯却面临着更多的挑战。

　　“到目前为止，市场上至少有三种型号的汽车采用了LED头灯：雷克萨斯的LS 600、奥迪R8和凯迪拉克Escalade Platinum。”Neumann教授说，“但是在头灯中完全采用LED解决方案，仍然有许多问题需要解决。”

　　Neumann教授指出，灰尘、潮湿、机械振动以及周围温度约高达90°C的苛刻环境，将对LED带来一定的挑战，因为LED的性能会随着温度的升高而下降，因此一些高功率的LED都需要配有冷却装置。而且，LED头灯不是使用一个单一的光源（如卤素灯或高强度放电（HID）灯），而是要将多个LED组装在一起，以达到行车信号照明的需求。在LED头灯中，通常使用三种不同的光学系统，分别实现不同的功能。这三种系统需要彼此稳固地配合在一起，发出亮度足够高的光，以满足路上行车照明的要求。

　　尽管LED头灯仍然面临着诸多挑战，但Neumann教授补充说，与常用的灯泡解决方案相比，LED解决方案能节省50％甚至更多的能耗（见表1）。另据一些研究显示，用不到20％的LED光就能获得与HID灯同等的亮度，并且LED的照明更加安全。随着数学模型和软件算法的发展，现在工程师们可以设计产生各种形式的反射镜和透镜，将从光源发出的光引导到交通路面的特定区域（见图1）。

　　

　　图1：欧宝Signum汽车的头灯全部采用了LED解决方案，其用不同的模块实现不同的信号功能：6组LED用于近光灯；底部3组LED用于远光灯；边上两组小LED用于地角灯；10组LED用作日间行驶灯。方向指标灯由位于头灯顶部的具有反射系统的3组LED组成。根据各个信号灯的不同用途，分别选用不同的LED。

　　

　　表1：传统照明方式与LED照明功耗对比。

　　高亮度LED制造商有充分的理由相信未来LED向汽车领域的渗透。市场调研公司Strategies Unlimited预测，到2013年，全球汽车LED室外照明的整体市场规模将由2008年的1.58亿美元增长到3.47亿美元。另据水清木华研究中心（ResearchInChina）的《2008-2009年全球与中国汽车LED照明行业研究报告》显示，到2014年，LED头灯将在成本和性能上与传统的HID头灯（假设LED技术能按照目前的发展速度不断进步）具备可比性，到那时，LED在汽车领域的应用将大为改观，单是汽车头灯的市场规模就将达到1.22亿美元。