Вся автомобильная промышленность использует галогеновую оптику, которая эволюционировала от простых ацетиленовых ламп в 1880-х годах до очень сложных светодиодных сборок в наши дни. Исследователи постоянно находятся в поиске новых идей.
Ксеноновые фары, официально известные как высокоинтенсивные разрядные фары (HIDs) (рис. 1), являются более эффективным решением, главным образом из-за температуры свечения и количества света, которые они генерируют. Первые ксеноновые фары появились на автомобилях BMW 7 Series в 1991 году и постепенно стали фаворитами для нескольких автомобильных компаний, которые, однако, не предлагали ксенон в качестве стандартного оборудования. Это закрытая трубка, заполненная газами, с электродом на каждом конце и электрическим током, проходящим через неё. Несмотря на их общепринятое название, HIDs фактически используют металлогалогенную смесь, в которых ксеноновый газ используется только во время запуска [1, с. 61].
Рис. 1. Ксеноновый модуль
Одна из основных проблем ксеноновых ламп – это количество времени, необходимое для достижения газом внутри своей рабочей температуры и обеспечения сильного света. Процесс розжига ламп происходит в 3 этапа: сначала на участок зажигания подаётся высоковольтный импульс, производя искру, которая ионизирует газ ксенона и создает свечение между электродами, тогда температура в колбе быстро поднимается и испаряющиеся металлические соли понижают сопротивление между 2 электродами; в конечном счете, блок управления переключает режим работы [2, с. 50], поставляя в лампу непрерывное количество тока, отчего электрическая дуга не гаснет. Преимущество ксеноновых фар перед галогенными заключается в количестве производимого света. Согласно официальной статистике, ксеноновая лампа производит 3000 люмен и 90 МКД/м2, в то время как галогенная лампа производит 1400 люменов и 30 МКД / м2.
Существуют ещё так называемые биксеноновые фары. Они способны излучать не только ближний или дальний свет, а оба. Устройство таких фар бывает двух типов. В первом случае, колба двигается под действием электромагнитов (в разных лампах движение происходит либо вверх и вниз, либо вперед и назад), за счет чего образуется два типа освещения. Во втором, между самой лампой и линзой находится заслонка, которая регулирует световой поток, изменяя тем самым параметры излучения.
На автомобиль, который оборудован ксеноновыми фарами, устанавливают специальный блок управления. Он обеспечивает лампы необходимым для них напряжением, в то время как штатное электрооборудование не может с этим справиться [3, с. 71].
Следующий вид фар – это светодиоды, работа которых основана на взаимодействии двух полупроводников p-типа и n-типа. P–позитив, то есть положительный тип или дырочный. N–негатив, то есть отрицательный, или электронный. В результате пропускания электрического тока в месте соприкосновения двух полупроводников происходит переход от одного типа проводимости к другому. Когда через полупроводники проходит электрический ток, отрицательный заряд электронов соединяются с ионами положительно заряженных дырок (рис. 2).
Рис. 2. Светодиод
В этот момент выделяется энергия, и мы видим излучение света. Наиболее важным аспектом является тот факт, что светодиодам требуется очень низкая мощность для работы по сравнению с классическими галогенными лампами. Светодиоды, например, используются на моделях Toyota Prius и на некоторых других гибридах, на которых электричество играет ключевую роль.
Лазерный фары – это вершина инженерной мысли. Система использует три синих лазера, расположенных в задней части сборки фар, стреляя по набору крошечных зеркал, которые фокусируют свою энергию в крошечную линзу, содержащую желтый фосфорный газ – это вещество создает очень яркий белый свет при контакте с лазерными лучами, и затем этот свет отражается в сторону передней части фары. Таким образом, мы смотрим на свет, создаваемый фосфором, а не самим лазером, что делает систему пригодной для использования. Если фара будет повреждена или потеряет фокус [3, с. 22], свет просто автоматически выключится.
Благодаря фосфору, температура свечения которого (5.500-6.000 K) довольно близка к естественному дневному свету (6.500 K), свет, создаваемый в этом процессе, может быть в 1000 раз ярче светодиодов при использовании около двух третей (или даже половины) мощности. Лазерный луч в десять раз сильнее по сравнению с галогенным, а также ксеноном и светодиодами. Протяженность лазерного луча достигает отметки в 600 метров, при том, что обычного дальнего света хватает только на 200-300 метров, а ближнего на 60–85 метров. Лазерные фары не слепят так, как ксенон, поскольку луч света направлен строго в ту точку, которая должна освещаться [4, с. 51].
В случае попадания в область освещения живого существа, например, человека, часть диодов тут же отключится и подсветит всё, кроме той области, в которой находится живой объект (рис. 3).
Рис. 3. Устройство лазерной фары
Фары имеют на 30% меньшее энергопотребление нежели классические аналоги. Лазерные фары являются самыми компактными из всех существующих на сегодняшний день. Площадь светоизлучения лазерного диода в сто раз меньше по сравнению с обычным светодиодом, в этой связи при одинаковой светоотдаче лазерная фара требует отражателя размером всего 30 мм в диаметре (для сравнения у ксенона – 70 мм, у галогеновых – 120 мм). Такие способности лазерных фар позволили инженерам существенно уменьшить размер фар, увеличив при этом эффективность освещения [5, с. 51].
Таким образом, вышеописанные разработки способствуют повышению безопасности движения и повышению качества вождения автомобиля ночью, причём с меньшими энергозатратами, чем прежде.
