Рисуем светом фар: что такое цифровая адаптивная оптика

Адаптивную оптику Digital Light HD представили еще в 2016 году, а на Женевском автосалоне в 2018-м можно было увидеть уже серийный Mercedes-Maybach с этой опцией. Но подробностей об устройстве новаторского головного освещения до сих пор крайне мало. Почему? Мы решили разобраться с этим вопросом.

Матричная светодиодная оптика понемногу отвоевывает себе место под солнцем. Адаптивное освещение благодаря компании Hella и ее технологии светодиодного матричного источника света в 2013 году сделало рывок вперед: отныне стало возможно регулировать не только ближний/дальний свет, а также силу и угол свечения, но и отдельно обрабатывать несколько десятков зон в секторе освещения каждой фары. Об этой технологии мы уже писали, однако кратко напомним, в чем ее суть.

В фаре расположено несколько десятков светодиодов: в последней версии их 84 штуки, три ряда на плате с системой охлаждения и управления. Оптическая система представляет собой сложную линзу с индивидуальными участками для каждого светодиода. Управление системой осуществляет мощный компьютер, который на основании данных лидаров, камер и навигации определяет наличие на дороге других машин, пешеходов, разметки, поворотов, участков повышенного внимания и позволяет творить настоящие чудеса.

Встречные машины не ослепляются, как и попутные, подсвечиваются знаки, вблизи система не дает их световозвращающему слою слепить водителя, освещаются пешеходы и животные, препятствия, пешеходные переходы и другие важные объекты. В туман и в дождь система старается не слепить водителя, обеспечивая наиболее комфортную форму светового потока. Ну и разумеется, осуществляется подсветка поворотов благодаря форме светового пучка, зависящего от режима движения. Такая система уже позволяет ехать ночью как днем, а водитель не устает даже на сложной неосвещенной трассе.

Технология недолго оставалась эксклюзивной — почивать на лаврах немцам не дали. Компания Magneti Marelli в 2017 году представила серийную систему Partial High Beam 84 (она же — PHB 84), не уступающую топовой матричной системе Hella и даже превосходящую ее по возможностям системы управления. Именно ее применили на новом S-Class после рестайлинга 2017 года и выбрали для нового поколения Porsche 911.

От фары к проектору

Было решено, что можно увеличить количество секторов освещения в самой востребованной зоне до современного ТВ-стандарта, то есть до HD-картинки. По всей зоне освещения это и не требуется, но в ближнем диапазоне можно подсветить особо важные элементы, буквально «нарисовать» на дороге любые подсказки для водителя, а также для водителей соседних автомобилей и пешеходов. А на скоростной трассе — обеспечить усиленное освещение дороги в узкой зоне на максимальное расстояние.

Головной свет на Mercedes-Maybach: мировая премьера фар с функциями освещения в высоком разрешении
Перевод (слева направо):
- DMD-модуль h-Digi разрешением 1,3 мегапикселей
- 84-пиксельный матричный модуль
- источники основного света

К сожалению, светодиодная матричная технология пока не готова к таким испытаниям. Мощность светодиодов основной матрицы и так ограничена. Им помогают крупные «силовые» элементы формирования базового светового потока — городского «широкого», «ближнего» и «дальнего», а сделать больше светодиодов при сохранении нужной степени освещенности пока не получается. Значит, надо менять технологию.

DLP-модуль h-Digi, встраиваемый в головные фары Mercedes-Maybach

Компания Magneti Marelli первой применила DLP-разработку для обеспечения светового потока с высоким разрешением. Не слышали о такой? Раньше она не использовалась в автомобилях, однако вы наверняка сталкивались с ней в обычной жизни. DLP расшифровывается как Digital Light Processing, а появилась эта технологи в далеком 1987 году и получила широкое распространение... в проекторах.

Основа системы DLP — специальная матрица Digital Micromirror Device, микросхема с поверхностью из микрозеркал, которые ведут себя как модуль памяти SRAM в компьютерах. На них можно записать информацию и после считать ее лучом света. Каждое зеркало может отклоняться на угол до 20°, так что отраженный свет можно направить или в объектив, или мимо.

Наложение световых проекций и дополнительная генерация световых функций для полного распределения света через три модуля: h-Digi, матричного света и основных источников

DMD-матрица чрезвычайно компактная: каждое зеркало имеет микронные размеры и работает с очень высокой частотой, до сотен герц, обеспечивая очень высокое разрешение — на данный момент это 1.3Mpx, и есть потенциал для развития. В сочетании с мощными быстродействующими импульсными светодиодами получается экономичное и надежное решение. Матрица не любит сильного нагрева, но светодиоды гораздо холоднее галогенных ламп и позволяют отказаться от механических прерывателей-светофильтров для формирования цветного изображения.

Впрочем, для освещения дороги нужен просто свет, цветное изображение не требуется. Такой проектор с разрешением 1.3Mpx и светодиодным источником освещения из трех диодов и образует модуль h-Digi производства Magneti Marelli. Он отвечает за формирование ближней зоны освещения, а также дальний свет в узкой центральной зоне фары Mercedes-Maybach. А вот за остальную часть светового пятна — модуль PHB 84 и три дополнительных больших светодиода с базовыми зонами освещения. Дополняет все это продвинутая электронная система управления, которая позволяет не только заниматься непосредственно освещением, но и коммуницировать с окружающими.

Результат можно увидеть на видео, которое представлено на сайте компании. Такие эффекты увидишь не в каждом фантастическом фильме: сценаристы просто не предполагали, что такое возможно!

В каждой фаре головного освещения Maybach сочетаются обе технологии Magneti Marelli. DLP-система дополняет матричную оптику, расширяя функционал и позволяя претендовать на лавры самой прогрессивной серийной технологии головного света.

Каков итог?

У итальянской компании давно есть свои интересы на рынке осветительных приборов для автомобилей. Принадлежащая ей с 1998 года торговая марка Carello хорошо известна в Европе. В портфолио компании много передовых вариантов матричных технологий и лазерного дальнего света. Так, она поставляет матричную оптику для Audi, а также матричную оптику с «лазерным» дальним светом для нового BMW i8.

Почему такая таинственность? Есть подозрение, что Magneti Marelli нарушает давнюю монополию Hella на поставку оптики для Mercedes-Benz, а немецкая компания старается лишний раз не подчеркивать этот факт, никак не афишируя нового технологического партнера. Тем более что у Hella вряд ли закончились перспективные идеи.

Что будет дальше?

Специалисты компаний Automotive Lighting и Texas Instruments уже разработали для Mercedes-Benz фары с миллионом (!) световых точек.

Сильноточные светодиоды посылают свет на миллион крошечных зеркал. Каждое из них можно отрегулировать на плюс-минус 10 градусов. Из этих микрозеркал направленный свет попадает на модуль с так называемыми световыми пикселями, отражается через большую линзу и попадает на дорогу. Казалось бы, очень сложно и хрупко, но в Mercedes уверяют, что вибрации от автомобиля или плохой дороги не влияют на зеркала, так как их масса настолько мала, что у них попросту нет собственного момента инерции. Фактически из фары выходит миллион отдельно управляемых лучей.