Aasta 2014. toob maanteele laservalguse, kandjaks BMW i8

BWM suurima uurimisasutuse, FIZ (Forschungs- und Innovationszentrum) Müncheni korraldatud messil esitleti kaasaja võimsamaid autotulesid. Tulede valguse allikaks on parematest valgusdiood-autolampidest tuhat korda eredamad ning 60% energiasäästlikumad laserdioodid.

Pooljuhtvalgustusajastu alguseni oli eredaim seaduslik auto valgusallikas ksenoonlamp, (HID lamp, High Intensity Discharge lamp), mis jõudis turule esmakordselt 1991. aastal BMW 7. seeria kupeemudeliga. Auto ksenoonlambi valgusvoog on kuni 2800 – 3500 luumenit ning heledustemperatuur 4000 K. Ent ksenooni gaaslahenduse valgus on võrreldes valgusdioodi või laseriga nõrgem, kollasem ning valguse tootmine vähemefektiivsem.

Selgitavalt:

• Heledustemperatuur võrdleb musta keha ja mittemusta keha kiirgusspektrit. Heledustemperatuur on sellise musta keha temperatuur, mille heledus on sama suur kui vaadeldud mittemustal kehal^[1].
• Luumen on valgusvoo ühik. Ühele luumenile vastab üks kandela sterradiaani kohta (1 lm = 1 cd ⋅ str).
• Kandela on etalondefinitsiooni järgi valgustugevus, mis võrdub 1/60 cm² suuruse pinna kiirgusega plaatina tahkumistemperatuuril (2044 K)^[2]. Üks kandela on ligikaudu ka toaküünla valgustugevus.

Enam kui 130. aastat tagasi Thomas Edissoni leiutatud hõõgniitpirnid taanduvad visalt. Euroopa Liit on lõpule viimas nende tõrjet majapidamistest. Autodel on hõõgniitpirnid aga praeguseni levinuimad valgusallikad. Uusi tulijaid on sellegipoolest mitu, nende hulgas dioodlambid ning peagi ka laserlambid.

BMW laservalguse arendamise töörühmast oli FIZ messil kohal projekti rajaja Volker Levering, programmijuht Stefan Weber ning tehnoloogia üks leiutajatest Helmut Erdl.

„Inimene ei pruugi sellest teadlik olla, ent organism teeb heal ja halval valgusel vahet,“ ütles Weber intervjuus veebiajakirja IEEE Spectrum korrespondendile. Weber näitas intervjueerijale BWM uurimisasutuses valmistatud laservalguspaneele, mille kiirgusspekter matkib päikesevalgust, ka heledustemperatuuril 6500 K.

Heledustemperatuur	Ligikaudne võrdlus
1,700 K	Tikuleek
1,850 K	Küünlaleek, päikese loojumine/tõusmine
2,700–3,300 K	Hõõgniitpirnid
3,000 K	Pehme või sooja valgusega valged väiksemad fluoressentslambid.
3,200 K	Soojem stuudiovalgustus
3,350 K	Eredam stuudiovalgustus
4,100–4,150 K	Kuuvalgus
5,000 K	Ennelõunane päevavalgus
5,000 K	Torujad fluoressentslambid või jahevalged väikesed fluoressentslambid (CFL)
5,500–6,000 K	Südapäevane valgus, fotokaamera välk
6,200 K	Lühikese kaarlahendusega ksenoonlamp
6,500 K	Pilves päevavalgus
5,500–10,500 K	Vedelkristall- või katoodekraan
15,000–27,000 K	Selge eresinine taevas
Allikas: Wikipedia

BMW seadis nüüdseks 2,5 aastat väldanud arendustöö eesmärgiks valmistada päikesevalgust matkiv, parema intensiivsuse ja fookustatavusega autolamp. Uue valgusti heledustemperatuur on vahemikus 5500 – 6000 K, mis on suurim rahvusvaheliste regulatsioonidega lubatud suurus. Valge valgus aitab autojuhtidel pimedas hõlpsamini objekte eristada ning ei väsita võrreldes enimkasutatavate autolampidega sedavõrd silmi.

„Usume, et laserid on valgustusmaailma järgmine suur läbimurre, ka maanteeäärsetes kodudes, kaubamajades ja tööstuses,“ ütles sinise valgusdioodi ning Blu-Ray ja kõrglahutusega DVD mängijates kasutatava sinise laserdioodi  leiutaja Shuji Nakamura.

Valdavalt teame, et laservalgus ei tohi endale ega teistele silma sattuda. See võib suure tõenäosusega lõppeda jäädava nägemiskahjustusega. Ent BMW valgusti muudab laserkiire polükromaatiliseks valgeks valguseks, mis silma ei riku.

Laserdioodide valgus suunatakse läbi kollimatsiooniläätsede fosforalusele. Osa valgusest läheb alusest läbi, osa aga neeldub ning ergastab fosfori aatomeid, põhjustades kollase valguse kiirgumise. Fosforkollane ja lasersinine valgus suunatakse kokku. Tulemuseks on ere valge valgus. Sarnast tehnoloogiat kasutatakse, küll madalama intensiivsusega, enamikes valge valgusega valgusdioodides.

BMW autolambi laserkiip on võrreldes valgusdiood-moodulitega väike. Sinise laserdioodi aktiivne kiirgusala on 10 μm² ristläbilõikega, mis on valgusdioodi kiirgusala läbimõõdust kümnetuhandik. Sestap on seda autosse hõlbus ära peita, et ohtlik kiirgus reisjaid ei vigastaks. Laserallikas ei asu auto laternates, vaid on eemal. Valgus suunatakse laternatesse fiiberoptiliselt. Näiteks valgusdioodiega see niivõrd otstarbekas ei oleks. Valgusdioodi impulsist võib fiiberkaablis kaduda kuni 90 %, laserimpulsist aga vaid 10-20 %,

Laseril on veelgi eeliseid. Halogeen-lambipaar tarbib auto akust ligikaudu 120 vatti võimsust. Paar kaasaegset valgusdioodlampi tarbivad seevastu 40 W, BMW kavandatav laservalgusti aga hoopis alla 30 W. Lisaks on laservalgusti eluiga ligikaudu 30000 tundi, mis tähendab, et suure tõenäosusega läheb enne valgustit katki auto.

Erinevalt aeglaselt käivituvatest fikseeritud eredusega ksenoonlampidest lülitub laser tööle millisekunditega ning väljutab käitamise hetkest kogu võimaliku kiirgusvoo.

BMW kavatseb toota ka auto tungraua külge paigaldatavaid nn. dünaamilisi kohtvalgusteid (Dynamic Light Spot). Sellese kohtvalgustisse on paigaldatud ka soojuskaamera, mille kuva asub sõiduki juhipaneelil. Nii saavad pimedal teel liikuvad inimesed ja loomad kaugelt märgitud, kaugemalt kui auto põhituled võimaldaks.

BMW inseneride vaimusilmeis lülitavad tulevikuautod vastavalt keskkonnale sadade tulerežiimide vahel automaatselt. Leveringi sõnul sobib laservalgusti nimetatud arengukavasse hästi.

BMW laser-autotuli teeb Euroopas debüüdi uuel 2014. aastal müügile jõudval i8 hübriid- sportautol. Lisaks vägevale valgustusele lubab BMW, et auto kütusekulu on 100 kilomeetri kohta 2,5 liitrit ning kiirendus 0-100 km/h võtab aega 4,4 sekundit.

Viited:

1 – Korge, Hans (1997). Temperatuuri Mõõtmine Optilise püromeetriga, praktikumijuhed, lk 5. Külastatud 06.11.13., link

2 – Jaaniste, Jaak, valgus: geomeetriline optika ja fotomeetria, loengukonspekt, lk 2. Külastatud 06.11.13, link

Allikas: IEEE Spectrum