Przyszłość jest jasna - reflektory niedługo wyświetlą co zechcesz

Łukasz Kifer
Kiedy diody zaczęły pojawiać się w samochodach, ich głównymi atutami były trwałość i oszczędność. Teraz są dominującym źródłem światła w motoryzacji. Można powiedzieć, że światło to diody. A to dopiero początek.

MOTO 2030 to copiątkowy cykl Gazeta.pl, w którym poruszamy najważniejsze tematy dotyczące przyszłości motoryzacji, transportu, technologii. Samochody, drogi i miasta bardzo dynamicznie zmieniają się na naszych oczach. Co piątek dziennikarze Moto.pl będą o tych zmianach pisać. Tutaj znajdują się wszystkie artykuły z cyklu MOTO 2030.

Diody luminescencyjne albo, jeśli ktoś woli, LED-y (Light Emitting Diode) są niemal wszędzie w nowych samochodach. Dynamiczny rozwój i minimalizacja elektroniki sprawiły, że stały się szalenie uniwersalnym źródłem światła i otworzyły przed producentami samochodów nowe możliwości.

W elektryce dioda jest półprzewodnikiem - elementem, który ma przepuszczać prąd w jedną stronę lepiej niż w drugą. Najpopularniejszy rodzaj diod to elementy luminescencyjne, których zadaniem jest emisja światła. O takich będziemy mówić. Oprócz czipa półprzewodnikowego do emisji światła jest jeszcze potrzebne źródło prądu i jakiś rodzaj odbłyśnika, który skieruje je w odpowiednią stronę.

Na początku były... lampki

Kiedy diody pojawiły się w oświetleniu samochodowym, najpierw zajęły miejsce drobnych źródeł światła: lampek sygnałowych, oświetlenia we wnętrzu, itp. Potem dotarły do samochodowych świateł, ale na początku zostały wykorzystane w lampach sygnalizacyjnych: kierunkowskazach i stopu. Wówczas niska moc nie przeszkadzała, a istotna była ogromna szybkość reakcji. W odróżnieniu od tradycyjnych żarówek, diody świecą natychmiast po doprowadzeniu do nich prądu.

Ogromną zaletą LED-ów od początku była wysoka trwałość. Zazwyczaj określa się ją w dziesiątkach tysięcy godzin, więc teoretycznie są niezniszczalne i mogą służyć przez całe życie auta. W praktyce pojawiają się różne czynniki, które skracają ich żywotność: wibracje, skoki napięcia i inne utrudnienia występujące w czasie użytkowania w samochodzie. Mimo to stanowią najbardziej trwałe źródło światła jakie mamy do dyspozycji.

Z czasem ich drugą pozytywną cechą stała się wydajność. Nie wymagają wysokiego napięcia (tak jak lampy wyładowcze) do emisji dużej ilości światła. Poza tym ze względu na rewolucję, która cały czas trwa w układach scalonych, siła ich światła rośnie w niewiarygodnym tempie. Już teraz są w stanie zastąpić wszelkie źródła w samochodzie, włącznie z reflektorami dalekosiężnymi. Wręcz pozwalają im się wspiąć na niedostępny wcześniej poziom.

Trzecią zaletą, którą producenci odkrywają od stosunkowo niedługiego czasu jest precyzja. Okazuje się, że LED-ami można niezwykle dokładnie sterować, zarówno jeśli chodzi o natężenie, kierunek, jak i kształt światła. Ta cecha stanowi największe pole do popisu w najbliższych latach.

Lumeny, luksy i kandele

Światło jest zjawiskiem fizycznym, które zachowuje się bardzo niesfornie. Dlatego trzeba było opracować różne metody pomiaru, w zależności od tego, jaki rodzaj emisji nas interesuje. Najpopularniejsze jednostki pomiaru światła to lumeny, luksy i kandele.

Lumeny są jednostką, przy pomocy której mierzy się natężenie strumienia świetlnego w zakresie widzialnym dla ludzkich oczu. Najprościej mówiąc, w lumenach określa się całkowitą ilość światła, jaką emituje LED albo inne źródło. Im więcej lumenów, tym więcej światła otrzymamy, więc to najważniejszy parametr w oświetleniu samochodowym.

W luksach mierzy się natężenie światła padającego na konkretny wycinek powierzchni. Jeden luks jest równy jednemu lumenowi oświetlającemu jeden metr kwadratowy. Luksy są przydatne, kiedy zamiast całkowitej ilości światła, chcemy zbadać z jaką intensywnością pada na wyznaczoną powierzchnię w zależności od odległości. To również bardzo istotne w przypadku reflektorów samochodowych.

Kandele (od ang. "candlepower") służą do określenia maksymalnej jasności światła, czyli jego całkowitego zasięgu. Jedna kandela mniej więcej odpowiada intensywności światła pojedynczej świecy. Im mocniej źródło jest skupione, tym większy zasięg można uzyskać z tej samej ilości światła (mierzonej w lumenach). Pod tym względem niepokonany jest laser, ale diody też radzą sobie całkiem nieźle. Kandele pozwalają określić intensywność źródła światła.

Reflektor projektorowyReflektor projektorowy fot. Mercedes

Kilka woltów i tysiące lumenów

Te wszystkie jednostki są przydatne, bo dzięki nim można sprawdzić jak duży postęp nastąpił w technologii LED. Jeszcze dekadę temu przy niskim napięciu wynoszącym kilka woltów można było uzyskać strumień świetlny o wartości kilkudziesięciu lumenów. Teraz da się bez problemu kupić latarkę świecącą z natężeniem kilku tysięcy lumenów.

Ilość światła jaką emituje tradycyjna żarówka halogenowa stosowana w światłach drogowych (najmocniejszych, jakie są stosowane w samochodach) to 1000-2000 lumenów. Lampy wyładowcze (popularne ksenony) emitują nieco ponad 3000 lumenów.

Nowoczesne diody wielokrotnie przekraczają te wartości nawet przy napięciu o wiele niższym, niż jest możliwe do uzyskania w samochodzie. W autach są stosowane źródła LED o jasności 2000-4000 lumenów, ale nie wynika to z ograniczeń technicznych. Gdyby to było dozwolone prawem i bezpieczne, już teraz moglibyśmy mieć w lampy emitujące kilkadziesiąt tysięcy lumenów - prawdziwą powódź światła.

Nowoczesne reflektory same decydują gdzie świecić

Najnowsze pole do popisu producenci oświetlenia odkryli kilka lat temu. Chodzi o możliwość precyzyjnego sterowania światłem diod. Przemysł motoryzacyjny skwapliwie skorzystał z tej możliwości, bo dała im zupełnie nowe narzędzie. Dzięki niemu można nie tylko jasno oświetlić drogę, ale także wybierać, który wycinek chcemy pozostawić w ciemności.

Pozwoliło to stworzyć reflektory automatycznie dostosowujące kształt snopa światła do warunków drogowych. Już od kilku lat reflektory w czasie rzeczywistym "rysują" światłem, zmieniając jego kształt w zależności od konfiguracji drogi i obiektów znajdujących się w jej otoczeniu.

To pozwoliło skonstruować automatyczne światła drogowe, które mogą pozostać włączone przez cały czas, bo będą świecić tylko wtedy i tam gdzie jest to wymagane. Obecnie można dostosować kształt światła nie tylko do zakrętów i samochodów nadjeżdżających z przeciwka, ale nawet osób, które się poruszają skrajem drogi.

Jest jeszcze lepiej. Najnowsze reflektory pozwalają podkreślić sylwetkę pieszego, ale pozostawić jego głowę w cieniu, by nie był oślepiany. Takie oświetlenie adaptacyjne działa w czasie jazdy z prędkością ponad 100 km/h, przez cały czas dostosowując się do zbliżających i poruszających się obiektów. Niesamowite? To jeszcze nic.

Takie możliwości otworzyło wynalezienie matrycowych lamp LED. Ich producenci umieszczali w reflektorach coraz większą liczbę diod, które można wygaszać w zależności od potrzeb. Zaczęło się od kilku, teraz są stosowane przednie lampy z matrycami o kilkuset, nawet tysiącu diod. Emitowane przez nie światło kształtują coraz bardziej skomplikowane systemy odbłyśników.

Reflektory przyszłości to projektory

Hitem przyszłości staną się lampy projektorowe. Nazywają się tak, bo zasada ich działania jest zbliżona do projektorów domowych oraz biurowych. Tak samo jak one kierują promienie świetlne używając skomplikowanego systemu mikroluster - każde tworzy jeden piksel.

Najnowocześniejsze konstrukcje mają rozdzielczość rzędu milionów pikseli, to oznacza, że do wyświetlenia obrazu jest używane kilka milionów mikroskopijnych lusterek. Cały układ jest oczywiście sterowany mikroprocesorem.

Otwiera to przed producentami samochodów zupełnie nowe możliwości . Na razie to bardzo droga technologia, ale już teraz w niektórych luksusowych samochodach można bardzo precyzyjnie sterować obrazem. Tak, to nie pomyłka - najnowsze samochodowe lampy potrafią wyświetlać skomplikowane obrazy.

Oprócz ultraprecyzyjnego sterowania snopem światła, takie reflektory mogą przekazywać różnego rodzaju informacje. Ich adresatem może być kierowca albo inni uczestnicy ruchu. Projektor LED może w odpowiedniej odległości przed samochodem wyświetlać na asfalcie znacznik, który umożliwi kierowcy zachowanie bezpiecznego dystansu za samochodem jadącym przed nim. Taka odległość zmienia się w zależności od prędkości, więc trudno ją ocenić samodzielnie.

Inny przykład: w przypadku zwężenia i prac drogowych snop światła może wyznaczać szerokość naszego samochodu, co pozwala określić, czy zmieścimy się na wąskim pasie. Reflektory mogą również (bardziej skutecznie niż dotychczasowe systemy) ostrzegać kierowcę o obiektach znajdujących się w tzw. martwym polu - strefie, której nie obejmują lusterka.

Reflektor projektorowyReflektor projektorowy fot. Mercedes

Nowoczesne oświetlenie może uratować wiele istnień

W ten sam sposób można przekazywać informacje pieszym. Wyświetlać na asfalcie pasy, które są zachętą do przejścia po zatrzymaniu samochodu lub przeciwnie - ostrzegać ich przed niebezpieczeństwem, pokazując alarmowe sygnały gdy samochód na sąsiadującym pasie nie hamuje odpowiednio wcześnie przed przejściem. Takie systemy mogą uratować wiele żyć.

Tego typu rozwiązanie opracowane przez Texas Instruments można zamówić w najdroższej odmianie Mercedesa klasy S, oferowanej pod marką Mercedes-Maybach. Następca obecnego luksusowego modelu W222 ma być wyposażony w jeszcze lepszą wersję rozwojową oświetlenia projektorowego LED o znacznie większych możliwościach.

Wkrótce również konkurenci będą dysponować podobną technologią. Analogiczne rozwiązania rozwijają czołowi producenci tych komponentów dla biznesu motoryzacyjnego. Można ich znaleźć niemal na co najmniej trzech kontynentach: w Chinach (Shanghai Koito, Xingyu, CNLIGHT), USA (Texas Instruments, Cree) oraz w Europie.

Niemieckie firmy Continental i OSRAM specjalnie w tym celu rozpoczęły przedsięwzięcie joint venture. Obie są liderami technologicznymi w swoich kategoriach, oświetlenia i elektroniki, więc ze współpracy na pewno wyjdzie coś ciekawego.

Reflektor projektorowyReflektor projektorowy fot. OSRAM

W tej chwili pracują nad technologią projektorową między innymi dla koncernu VW/Audi. Inni producenci też nie próżnują. W przyszłości w tej gałęzi przemysłu elektronicznego będą działy się bardzo ciekawe rzeczy.

Oświetlenie zewnętrzne to nie wszystko

Łatwo zapomnieć, że diody są wykorzystywane także do oświetlenia wnętrz samochodów oraz w jeszcze innych celach. To dzięki nim coraz więcej aut ma oświetlenie "ambient", którego kolor i natężenie można dostosować (czasem dzieje się to automatycznie) do nastroju i poziomu zmęczenia kierowcy.

Diody laserowe chwilowo nie są często wykorzystywane w współczesnych samochodach, bo stały się niepotrzebne i zbyt kosztowne. Rozwój LED-ów przebiega szybciej niż się spodziewano i diody zajęły ich miejsce, ale przyjdzie i czas na lasery, bo dają jeszcze większe możliwości.

Dzięki nim reflektory będą miały mniejsze rozmiary, a pozostaną co najmniej równie wydajne. Już teraz są około czterokrotnie jaśniejsze od LED-owych przy podobnej powierzchni. Poza tym ich rozdzielczość może być znacznie wyższa. Ze światła lasera da się uzyskać tak małe punkty, że są niemal niedostrzegalne ludzkim okiem. To jednak pieśń przyszłości.

W najbliższej latach głównym polem do popisu dla najbardziej skupionego rodzaju światła będą laserowe radary, czyli lidary, które stanowią element większości systemów do jazdy autonomicznej. Dzięki bardzo dużej precyzji są w stanie dokładnie określić odległość i zmianę położenia w czasie innych obiektów na drodze. Ale w tym przypadku chodzi o długość promieni spoza zakresu światła widzialnego.

Audi A5 SportbackAudi A5 Sportback Fot. Łukasz Kifer

Diody sprawiają, że auta są bardziej atrakcyjne

Nie można zapominać o aspekcie wizerunkowym. Wszak większość klientów podejmuje decyzję o zakupie nowego auta pod wpływem emocji, a lampy LED wyglądają znacznie ciekawiej od tradycyjnych. Coraz modniejsze są też świetlne znaki emitowane przez otwarte drzwi droższych samochodów.

W tym celu wykorzystuje się LED-y w połączeniu z prostymi rzutnikami. Rozwiązanie pełni funkcję głównie estetyczną, ale ponadto pozwala zorientować się po zmroku w najbliższym otoczeniu samochodu. Dzięki nim jest łatwiej wysiąść i nie postawić buta w zdradliwie głębokiej kałuży.

Wartość branży oświetlenia samochodowego została określona przez firmę analizującą rynki przemysłowe Technavio na ponad 35 mld $. Dlatego nawet w pozornie nieciekawych reflektorach można znaleźć fascynujące rozwiązania i szerokie pole do innowacji. Ta rewolucja dokonuje się poza naszym wzrokiem, ale w najbliższych latach jej efekty ujrzą światło dzienne. Będziemy je obserwować w sensie dosłownym, czy tego chcemy, czy nie. Ja nie mogę się doczekać.