安徽師范大學(xué)注重光電技術(shù)前沿研究

文/安徽師范大學(xué)科研處  吳長(zhǎng)義

        一、自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)

        80％以上的車禍發(fā)生在夜間和惡劣天氣，為了在夜間或者惡劣天氣時(shí)達(dá)到更好的視覺(jué)效果，要求前照燈光線隨不同的駕駛環(huán)境而改變。目前汽車前照燈近光的光分布不隨速度、道路類型和天氣條件變化而改變。需要設(shè)計(jì)一種靈活的前照燈系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能根據(jù)行車的方向及速度、駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣、天氣狀況的變化自動(dòng)調(diào)整。車輛感應(yīng)裝置會(huì)監(jiān)控這些變化而啟動(dòng)燈光自動(dòng)控制，將前照燈的燈光調(diào)整成遠(yuǎn)光、近光或是適合轉(zhuǎn)彎時(shí)的燈光。這就是自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)，即AFS (Advanced Front Lighting Systems)。

              AFS作用示意圖

        自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)，是一種智能型的照明系統(tǒng)，它除了根據(jù)車體載重的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)前照燈的照明高度（Auto Leveling），防止給對(duì)面車輛造成眩目之外，還可以根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向角度和車速信號(hào)，在車身轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，自動(dòng)調(diào)整近光燈的左右旋轉(zhuǎn)角度，這一功能彌補(bǔ)了轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)產(chǎn)生照明死角的缺憾，使司機(jī)提前掌握前方路況，提高了駕駛的主動(dòng)安全性。
        2007年，我校光電技術(shù)研究中心參與了奇瑞汽車股份有限公司的“自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)”研究項(xiàng)目，共同進(jìn)行理論和前端性的研究工作，并取得技術(shù)突破。目前在該領(lǐng)域內(nèi)就光學(xué)設(shè)計(jì)和車燈結(jié)構(gòu)這兩項(xiàng)核心技術(shù)，光電技術(shù)研究中心申報(bào)了兩項(xiàng)國(guó)家專利。
                        
                    車燈反射罩                                                   車燈結(jié)構(gòu)圖

        二、自動(dòng)立體顯示技術(shù)

        更加真實(shí)地再現(xiàn)客觀物體一直是顯示器件的發(fā)展方向。在廣告宣傳、建筑設(shè)計(jì)、大分子材料研究、教育、娛樂(lè)、醫(yī)療等領(lǐng)域中，立體圖像和立體顯示具有重要的實(shí)踐意義，而目前主流的顯示技術(shù)大都局限于平面顯示，圖像缺乏立體感和深度感，為此很多企業(yè)和高校著眼于立體顯示技術(shù)的研究。
        立體顯示器主要有兩大類，即頭戴式立體顯示器（Head-mounted display）和自動(dòng)立體顯示器（Auto-stereoscopic display）。頭戴式立體顯示器需要借助輔助工具，限制人眼的觀看空間。頭戴式立體顯示器包括立體頭盔、偏振眼鏡、互補(bǔ)色眼鏡和液晶眼鏡。自動(dòng)立體顯示器包括平板式立體顯示器和投影式立體顯示器兩種，用戶無(wú)需佩帶任何輔助工具，肉眼直接可以在屏幕上觀看立體圖像。

動(dòng)立體顯示的基本光學(xué)原理

        自動(dòng)立體顯示器有別于普通的平面顯示器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以真實(shí)還原自然景觀的空間分布，提供真正的、完全的、客觀的、全面的空間信息。（2）相對(duì)于平面顯示器而言，立體顯示器信息容量大，可以顯示的信息量大大超過(guò)平面顯示器。（3）能夠表達(dá)景象的第三維空間，提供具有高度臨場(chǎng)感的立體圖像，更加有利于為觀看者構(gòu)成虛擬的空間。
        作為新型圖像信息顯示器件，自動(dòng)立體顯示器在提供景象的全面信息方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，它在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)合中具有巨大的應(yīng)用前景；同時(shí)，有許多技術(shù)領(lǐng)域也十分需要使用能提供立體圖像的顯示器。目前，自動(dòng)立體顯示器已在航空航天、軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計(jì)和娛樂(lè)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。由于自動(dòng)立體顯示技術(shù)具有大容量顯示的優(yōu)點(diǎn)，在信息量巨大的航天技術(shù)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，自動(dòng)立體顯示器和以自動(dòng)立體顯示技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)組成的立體圖像技術(shù)在航天仿真、航天模擬訓(xùn)練、遙感技術(shù)、星球探測(cè)、大容量數(shù)據(jù)輔助顯示等方面都已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。
        2004年以來(lái)我校光電技術(shù)研究中心朱向冰副教授與安徽華東光電技術(shù)研究所合作，并作為主要完成人研制成功了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)軍用自動(dòng)立體顯示器。這種顯示器不需要立體眼鏡就可以觀察到三維立體圖像。該成果于2004年5月通過(guò)了鑒定，其原理樣機(jī)已經(jīng)在2004年北京的展覽會(huì)上展出，該項(xiàng)目得到國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的贊許。光電研究中心在該項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入研發(fā)，目前在該領(lǐng)域已就核心技術(shù)申報(bào)1項(xiàng)發(fā)明專利，正在申報(bào)另外2項(xiàng)專利。

        三、光敏固化機(jī)

        光敏固化機(jī)發(fā)出強(qiáng)烈的紫外線，使UV涂料、油墨、粘合劑等在短時(shí)間內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，可適用于地板UV漆固化、模型制作粘貼、工藝品上光等場(chǎng)合。另外在建筑行業(yè)、化工行業(yè)、印刷行業(yè)、電子制造業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)也有廣泛的用途。其中大型機(jī)主要用在流水線上，小型機(jī)主要是便攜式。
        我校光電技術(shù)研究中心和蚌埠抒陽(yáng)電子有限公司開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作，研制新型光敏固化機(jī)。目前，已取得初步成果，該中心就光敏固化機(jī)的核心技術(shù)申報(bào)1項(xiàng)專利。

        四、LED汽車前照燈

        LED光源具有功耗低、亮度高、可靠性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，汽車照明領(lǐng)域中越來(lái)越青睞采用LED光源。目前較為成熟的LED產(chǎn)品有儀表盤指示燈、高位剎車燈、轉(zhuǎn)向燈等。隨著白光高亮LED光源技術(shù)的發(fā)展，其已經(jīng)適合制作汽車前照燈。從2005年開(kāi)始，國(guó)外在近光燈中也用LED代替HID（氙氣）燈泡和鹵素?zé)襞荩糠周囌沟母拍钴嚿铣霈F(xiàn)了該系統(tǒng)。08年夏天上市的凱迪拉克EscaladePlatinum車上使用的前照燈部分采用LED光源，該系統(tǒng)由德國(guó)海拉公司制作。豐田汽車的頂級(jí)混合動(dòng)力車LS600h和LS600hL也完全使用LED制作近光燈。隨后AudiR8車型首次推出了全LED前照燈。
        由于中國(guó)LED光源研發(fā)起步比較晚，制約了其在汽車照明領(lǐng)域的發(fā)展。由吉林東光瑞寶車燈有限責(zé)任公司承擔(dān)的國(guó)家863計(jì)劃新材料領(lǐng)域“半導(dǎo)體照明工程”項(xiàng)目“LED轎車前照大燈系統(tǒng)集成技術(shù)開(kāi)發(fā)”課題，歷經(jīng)兩年多的時(shí)間，在國(guó)內(nèi)率先研制出全LED前照燈樣燈。該燈的成功研制，縮短了我國(guó)LED前照燈領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，意味著LED前照燈向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展又邁進(jìn)了重要的一步。
        目前在世界范圍內(nèi)，LED前照燈仍處于研制階段，部分企業(yè)推出的也只是概念性產(chǎn)品。但歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始修訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，隨著國(guó)外廠家對(duì)核心技術(shù)的進(jìn)一步掌握，這些國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格，將成為阻遏其他企業(yè)的門檻。
        安徽師范大學(xué)光電技術(shù)研究中心在與奇瑞公司合作研發(fā)“自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)”并取得成功基礎(chǔ)上，近期該研究中心在省級(jí)重點(diǎn)課題的支持下，發(fā)揮光學(xué)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)和專長(zhǎng)，在LED前照燈光學(xué)元件設(shè)計(jì)上取得了突破性進(jìn)展，其仿真結(jié)果完全符合ECE標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)申報(bào)1項(xiàng)發(fā)明專利。
        另外該中心利用LED光源開(kāi)發(fā)出的LED路燈，已在蕪湖市主干道投入使用，該燈性能穩(wěn)定、照明效果好、節(jié)能效果突出，并將在蕪湖市逐步推廣。   

責(zé)編/齊 尚  吳 浪