光纤在汽车照明系统上的应用研究[2]

　　2.1.1 端面发光

　　根据导光单元不同的工作方式，光纤汽车照明系统分为端面发光和侧面发光两种。端面发光装置的纤芯外覆有包层，防止光线外泄，其外还有一层不透明、抗紫外线的涂敷层用于保护和支撑光纤，光束经光纤传输到端点后，通过尾端进行照明。

　　其根据不同的出射方式有包括折射形和反射型光学组件。折射型光学组件要求光纤端面不通过反射面而直接发光(如图5中a所示)，然后根据需要在输出单元钱选用不同的投影光学组件，如菲涅耳透镜，在这种情况下，光纤输出面的形状和光强分布通过菲涅耳透镜投影到道路上，可以应用于对光强分布要求较高的照明场合，如汽车前照灯。而用一个侧面为两个平行平面的笛卡儿透镜作为输出单元时，可以实现一些不同的功能，垂直方向的光经笛卡儿透镜折射后比较集中，可以产生明显的截止线，而水平方向的光经两个平行侧面的一席后多斯反射后，可以达到较为均匀的分布，因此笛卡儿透镜尤其适用前雾灯;反射型光学组件则使用一个反光镜作为光化学组件，在这种情况下可以将光纤的输出端看做一个面光源，通过选用不同的输出面形状和合适的反光镜曲面来达到配光要求(如图5中所示)。

　　图5 输出单元

　　2.1.2 侧面发光

　　侧面发光装置的光纤采用特殊结构，可通体发光。在实际应用中还可以根据需要在其外加套一层透明的衬曾和一层耐热、抗紫外线的PVC透明保护套。侧面发光光纤本身就是发光体，可以形成一根柔性光柱自由造型。其工作原理为一部分光线通过底部反射区域反射后从光纤侧面射出，而另一部分到达光纤终端的光线则通过反光涂料再次被反射回来，重新参与侧面发光(如图6所示)。为了保证出射光线的均匀性，一般会在光纤输入端流出30mm左右的区域不做齿形反射区。

　　图6 侧面发光结构

　　2.2 光纤在汽车前大灯上的应用

　　采用适当的光源、光纤和输出单元，可以设计出一个灵活高性能的汽车前照灯系统，该系统可以满足特定的设计要求、空间造型、光形分布和光学组件。根据光形分布的不同要求，采用不同的光学组件，其中前照灯采用菲涅耳透镜，而前雾灯和转向灯则采用笛卡儿透镜。

　　著名的BMW大灯装饰环即天使眼就是利用导光单元发光成为其家族代表性的标志之一(如图7所示)。光线通过底端的入射端口分成两股堆成的输入到环状导光单元中，然后根据造型通体发光，形成区别于其他车型独特装饰。不过，由于大灯远近光对光形及光强的要求，光纤照明还没有成熟运用于远近光的实例，目前尚属于研究阶段。

　　图7 BMW大灯装饰环

　　2.3 光纤在汽车尾灯上应用

　　现在常用的导光单元是光导管和光纤束。光导管由直径5mm左右的PMMA聚合纤维制成，底面反射区域能反射光。在传输过程中，光线会与光导管内的光学界面发生多次反射，最后从光导管侧面出射。当光线传输的距离较短时，光导管可以比光纤传递更多的光，具有一定优势。但光导管的传输效率虽传输距离的增加和弯曲半径的减小而迅速衰减，因此设计师需注意弯曲半径应大于后等于其直径的4倍，长度一般不要超过350mm。其在尾灯上的应用如图8中所示。而光纤能够较好保证光线的传输效率，并且能够将单个光源拆分成多个发光特性相同的发光点，满足不同的造型和光形需要，如图8中b所示。

　　图8 光线在汽车尾灯上的应用

　　2.4 光纤在汽车内外饰照明上的应用

　　此外，光纤因其柔性传输和光电分离的优势可以运用到汽车内外饰上，为汽车提供大面积、高质量的室内外照明，从而大大提高了汽车的安全性、舒适性和新颖性。例如阅读灯的多点照明、迎宾踏板的背景亮化、仪表盘的轮廓勾勒、车身内部装饰等(如图9中所示).与传统的照明系统相比起来，具有如下优点：

　　1)节约能源，即一个光源可以提供多处照明;

　　2)节省成本，故障点少;

　　3)结构简单，方便维修和更换;

　　4)安全高效、绿色环保。

　　图9 光纤在汽车内饰上的应用

　　3 汽车照明技术的发展和展望

　　汽车照明技术的发展历经了煤油灯、白炽灯、气体放电灯(HID)和半导体二极管(LED)四个阶段。随着科学技术的进步，加工水平的不断完善，光纤制造成本的逐年降低，尤其是LED光源的广泛应用，光纤技术将在汽车照明领域中发挥越来越大的作用，同时作为一种全新的设计理念，它将成为汽车照明技术发展的新方向。

编辑：Cedar