從(cong) LED頭燈、夜視安全係統，到正在湧現的激光點火係統，光子學技術正憑借其帶來的緊湊、低能耗以及高性能等優(you) 勢，在汽車應用中大顯身手。

目前，光學與(yu) 光子學技術正在為(wei) 汽車製造商提供一個(ge) 日益豐(feng) 富的“工具包”，幫助汽車製造商提高汽車的安全性、降低長期成本、提高效率，並為(wei) 汽車增添獨特的設計元素。除了常見的LED尾燈，有些汽車也正在嚐試LED頭燈。與(yu) 此同時，光纖也正在被用於(yu) 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係統，而另有一些高端汽車還將提供夜視係統和駕駛員輔助係統。

LED尾燈和頭燈

“雖然目前汽車尾燈和車內(nei) 照明燈采用LED解決(jue) 方案的成本仍然遠遠高於(yu) 白熾燈的成本，但是LED解決(jue) 方案的巨大優(you) 勢已經足以使汽車製造商在開發和製造中接受其較高的成本。”德國卡爾斯魯厄大學（University Karlsruhe）專(zhuan) 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（其壽命通常長於(yu) 汽車壽命），其快速的響應時間也是製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，也是製造商選擇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(yu) 電子產(chan) 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頭燈卻麵臨(lin) 著更多的挑戰。

“到目前為(wei) 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(jue) 方案，仍然有許多問題需要解決(jue) 。”
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(wei) LED的性能會(hui) 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(ge) 單一的光源（如鹵素燈或高強度放電（HID）燈），而是要將多個(ge) 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係統，分別實現不同的功能。這三種係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頭燈仍然麵臨(lin) 著諸多挑戰，但Neumann教授補充說，與(yu) 常用的燈泡解決(jue) 方案相比，LED解決(jue) 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(yu) HID燈同等的亮度，並且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(men) 可以設計產(chan) 生各種形式的反射鏡和透鏡，將從(cong) 光源發出的光引導到交通路麵的特定區域（見圖1）。

圖1：歐寶Signum汽車的頭燈全部采用了LED解決(jue) 方案，其用不同的模塊實現不同的信號功能：6組LED用於(yu) 近光燈；底部3組LED用於(yu) 遠光燈；邊上兩(liang) 組小LED用於(yu) 地角燈；10組LED用作日間行駛燈。方向指標燈由位於(yu) 頭燈頂部的具有反射係統的3組LED組成。根據各個(ge) 信號燈的不同用途，分別選用不同的LED。

表1：傳(chuan) 統照明方式與(yu) LED照明功耗對比

高亮度LED製造商有充分的理由相信未來LED向汽車領域的滲透。市場調研公司Strategies Unlimited預測，到2013年，全球汽車LED室外照明的整體(ti) 市場規模將由2008年的1.58億(yi) 美元增長到3.47億(yi) 美元。另據水清木華研究中心（ResearchInChina）的《2008-2009年全球與(yu) 中國汽車LED照明行業(ye) 研究報告》顯示，到2014年，LED頭燈將在成本和性能上與(yu) 傳(chuan) 統的HID頭燈（假設LED技術能按照目前的發展速度不斷進步）具備可比性，到那時，LED在汽車領域的應用將大為(wei) 改觀，單是汽車頭燈的市場規模就將達到1.22億(yi) 美元。

寶馬的BMW-7係列汽車采用了瑞典Autoliv公司的第二代Night Vision 2夜視係統，該係統采用了一個(ge) 遠紅外傳(chuan) 感器，用以掃描路上的行人，其夜視距離是近光燈的3倍。當檢測到車輛前方有行人或動物時，係統會(hui) 自動分析現場和車輛動態，評估駕駛員碰撞到目標的風險，並在必要時向駕駛員發出警報（如通過車載顯示屏發出警報，見圖2）。“Autoliv公司最新的夜視係統，將夜間駕駛安全提高到了一個(ge) 全新的水平，它為(wei) 駕駛員在夜間道路上提供了‘另外一隻眼’。”Autoliv公司夜視係統總經理Stuart Klapper如是說。

圖2：當在夜間檢測到一名男子在車前橫穿馬路時，寶馬BMW-7係列汽車的遠紅外夜視係統向駕駛員發出了警報

在行車速度較慢、人流較多的城市路段，該係統隻對道路上近距離內(nei) 的較小範圍進行監測，以避免出現過多的警報；而在行車速度較高、人流稀少的鄉(xiang) 村路段，該係統監控的道路範圍則會(hui) 相應地擴大。為(wei) 了對監控範圍做出及時、相應的調整，Autoliv公司的夜視係統不斷地從(cong) 周圍環境中收集夜視視頻圖像，並用一套先進的軟件算法對超過5000多萬(wan) 個(ge) “影像片斷”進行檢測，並依此向駕駛員發出相應的警報信號。

Autoliv公司的夜視係統中采用的遠紅外相機采用320×240像素的釩氧化物熱輻射測量儀(yi) ，並具有一個(ge) 鍺窗口以保護相機的鏡頭免受外界的傷(shang) 害。Klapper說：“與(yu) 第一代相機相比，現在我們(men) 已經成功地將鏡頭的成本降低了30％之多。”

德國西門子威迪歐公司還開發了一種工作距離達150米的紅外夜視係統，其產(chan) 生一個(ge) 經過電子處理的視頻圖像，用於(yu) 在汽車中實時顯示。該係統具有兩(liang) 種工作方式：一種方式采用近紅外係統，在這種方式下，由兩(liang) 個(ge) 集成到前燈中的紅外發射器產(chan) 生的光，被一個(ge) 安裝在後視鏡附近的小型攝像機捕獲；另一種方式采用長波紅外係統，這種方式需要安裝一台相機，用一個(ge) 工作在6～12µm範圍內(nei) 的傳(chuan) 感器來檢測來自車輛周圍環境的熱輻射。一旦檢測到人或動物，該係統都會(hui) 將物體(ti) 以明亮的形式顯示出來。

激光點火

2009年夏季，福特公司就宣布其正在聯合GSI集團和英國利物浦大學為(wei) 下一代汽車發動機開發激光點火係統。事實上，早在20世紀70年代末，人們(men) 就已經開始研究激光點火係統了，當時有很多關(guan) 於(yu) 激光點火係統的研究論文已經開始出現在各類汽車技術會(hui) 議上。

因為(wei) 激光可以分解成多個(ge) 光束，多個(ge) 點火點將提高發動機中燃料完全燃燒的機會(hui) ，從(cong) 而能減少排放，提高在寒冷和潮濕條件下燃料的燃燒效率。甚至，有一部分激光能量還可以被發射回來，用以提供有關(guan) 發動機如何運轉的信息，從(cong) 而使空氣/燃料混合物的比例自動作出調整，實現更好的燃油利用率。福特公司還表示，其計劃通過一根光纜提供激光火花，這會(hui) 比火花塞占用更少的空間，從(cong) 而能允許使用更大、更高效的發動機氣門，實現更加充分的燃料燃燒。

2007年，美國國家能源技術實驗室（www.netl.doe.gov）的研究人員就已經設計出了一種與(yu) 內(nei) 燃機聯合在一起的激光點火係統。該係統將1.06µm激光器發出的10ns脈衝(chong) ，通過火花塞端口聚焦到氣缸中來產(chan) 生點火火花。與(yu) 傳(chuan) 統的單缸、四衝(chong) 程、火花點火發動機相比，利用激光火花點火係統，不但能降低發動機的排放量，而且還能改善燃料的燃燒利用率。#p#分頁標題#e#

駕駛員輔助係統

除了照明和夜視應用，目前還出現了基於(yu) 光子學技術的駕駛員輔助係統。法國法奧雷集團（Valeo）的路虎以及寶馬的BMW-5係列汽車中，均配備了駕駛員輔助係統。整個(ge) 係統包括5台相機：一個(ge) 安裝在汽車後部的廣角相機，用於(yu) 停車輔助；安裝在前保險杠左右兩(liang) 側(ce) 的兩(liang) 個(ge) 相機，用於(yu) 在車輛進入能見度較差的街道時，輔助駕駛員觀察接近車輛的行人或其他物體(ti) ；另外兩(liang) 個(ge) 安裝在兩(liang) 個(ge) 側(ce) 視鏡上的相機，用於(yu) 直接監視車輛周圍的環境。
Panomorph技術是加拿大ImmerVision公司獲得專(zhuan) 利的一項廣角鏡頭技術，該技術能在一個(ge) 圖像視場的特定區域提高了角度分辨率，將感興(xing) 趣的目標區域放在圖像的中心或邊緣（見圖3）。[4]還有特定的窗口可供駕駛人員觀察情況，另外的一些同步視覺圖像可用於(yu) 路況分析，例如，通過一個(ge) 智能巡航控製係統，能將防撞係統、盲區查看、行人與(yu) 道路標誌檢測以及車道跟蹤等諸多應用集成在一起。

圖3：來自一個(ge) Panomorph相機的多個(ge) 同步非失真圖像，可以起到輔助駕駛的作用，例如幫助駕駛員避免碰撞和輔助停車等。

ImmerVision公司定製全景應用副總裁Alain Marchildon表示：“目前三星公司已經與(yu) ImmerVision簽訂了相關(guan) 的生產(chan) 與(yu) 分銷授權協議，並且其第一個(ge) Automotive Tier 2將提供一個(ge) Panomorph汽車視覺模塊。360°的全景視覺係統，能夠實現新的增強型全景瀏覽和傳(chuan) 感應用，從(cong) 而能大大減少與(yu) 碰撞有關(guan) 的傷(shang) 亡事件，為(wei) 駕乘人員提供更加安全的行車環境。”