安徽师范大学注重光电技术前沿研究

文/安徽师范大学科研处  吴长义

        安徽师范大学光电技术研究中心，是学校重点研究机构，近年来在中心主任朱向冰博士的带领下，在光电技术多个领域开展产学研合作开发和科研创新，取得了“自适应汽车前照灯照明系统”、“自动立体显示技术”、“光敏固化机”和“LED汽车前照灯”等多项科技成果，已申报5项专利成果。具体成果如下：

        一、自适应前照灯照明系统

        80％以上的车祸发生在夜间和恶劣天气，为了在夜间或者恶劣天气时达到更好的视觉效果，要求前照灯光线随不同的驾驶环境而改变。目前汽车前照灯近光的光分布不随速度、道路类型和天气条件变化而改变。需要设计一种灵活的前照灯系统，这个系统能根据行车的方向及速度、驾驶人的驾驶习惯、天气状况的变化自动调整。车辆感应装置会监控这些变化而启动灯光自动控制，将前照灯的灯光调整成远光、近光或是适合转弯时的灯光。这就是自适应前照灯照明系统，即AFS (Advanced Front Lighting Systems)。

              AFS作用示意图

        自适应前照灯系统，是一种智能型的照明系统，它除了根据车体载重的变化自动调节前照灯的照明高度（Auto Leveling），防止给对面车辆造成眩目之外，还可以根据方向盘转向角度和车速信号，在车身转向行驶时，自动调整近光灯的左右旋转角度，这一功能弥补了转弯行驶时产生照明死角的缺憾，使司机提前掌握前方路况，提高了驾驶的主动安全性。
        2007年，我校光电技术研究中心参与了奇瑞汽车股份有限公司的“自适应前照灯系统”研究项目，共同进行理论和前端性的研究工作，并取得技术突破。目前在该领域内就光学设计和车灯结构这两项核心技术，光电技术研究中心申报了两项国家专利。
                        
                    车灯反射罩                                                   车灯结构图

        二、自动立体显示技术

        更加真实地再现客观物体一直是显示器件的发展方向。在广告宣传、建筑设计、大分子材料研究、教育、娱乐、医疗等领域中，立体图像和立体显示具有重要的实践意义，而目前主流的显示技术大都局限于平面显示，图像缺乏立体感和深度感，为此很多企业和高校着眼于立体显示技术的研究。
        立体显示器主要有两大类，即头戴式立体显示器（Head-mounted display）和自动立体显示器（Auto-stereoscopic display）。头戴式立体显示器需要借助辅助工具，限制人眼的观看空间。头戴式立体显示器包括立体头盔、偏振眼镜、互补色眼镜和液晶眼镜。自动立体显示器包括平板式立体显示器和投影式立体显示器两种，用户无需佩带任何辅助工具，肉眼直接可以在屏幕上观看立体图像。

动立体显示的基本光学原理

        自动立体显示器有别于普通的平面显示器，具有以下优点：（1）可以真实还原自然景观的空间分布，提供真正的、完全的、客观的、全面的空间信息。（2）相对于平面显示器而言，立体显示器信息容量大，可以显示的信息量大大超过平面显示器。（3）能够表达景象的第三维空间，提供具有高度临场感的立体图像，更加有利于为观看者构成虚拟的空间。
        作为新型图像信息显示器件，自动立体显示器在提供景象的全面信息方面具有无可比拟的优势。因此，它在现实的应用场合中具有巨大的应用前景；同时，有许多技术领域也十分需要使用能提供立体图像的显示器。目前，自动立体显示器已在航空航天、军事、医学、设计和娱乐等领域得到了应用。由于自动立体显示技术具有大容量显示的优点，在信息量巨大的航天技术领域中具有广泛的应用前景，自动立体显示器和以自动立体显示技术作为关键技术组成的立体图像技术在航天仿真、航天模拟训练、遥感技术、星球探测、大容量数据辅助显示等方面都已经发挥了重要的作用。
        2004年以来我校光电技术研究中心朱向冰副教授与安徽华东光电技术研究所合作，并作为主要完成人研制成功了国内第一台军用自动立体显示器。这种显示器不需要立体眼镜就可以观察到三维立体图像。该成果于2004年5月通过了鉴定，其原理样机已经在2004年北京的展览会上展出，该项目得到国家领导人的赞许。光电研究中心在该项技术基础上进一步深入研发，目前在该领域已就核心技术申报1项发明专利，正在申报另外2项专利。

        三、光敏固化机

        光敏固化机发出强烈的紫外线，使UV涂料、油墨、粘合剂等在短时间内由液态转化为固态，可适用于地板UV漆固化、模型制作粘贴、工艺品上光等场合。另外在建筑行业、化工行业、印刷行业、电子制造业、医药行业也有广泛的用途。其中大型机主要用在流水线上，小型机主要是便携式。
        我校光电技术研究中心和蚌埠抒阳电子有限公司开展产学研合作，研制新型光敏固化机。目前，已取得初步成果，该中心就光敏固化机的核心技术申报1项专利。

        四、LED汽车前照灯

        LED光源具有功耗低、亮度高、可靠性强、寿命长、启动快等优点。近年来，汽车照明领域中越来越青睐采用LED光源。目前较为成熟的LED产品有仪表盘指示灯、高位刹车灯、转向灯等。随着白光高亮LED光源技术的发展，其已经适合制作汽车前照灯。从2005年开始，国外在近光灯中也用LED代替HID（氙气）灯泡和卤素灯泡，部分车展的概念车上出现了该系统。08年夏天上市的凯迪拉克EscaladePlatinum车上使用的前照灯部分采用LED光源，该系统由德国海拉公司制作。丰田汽车的顶级混合动力车LS600h和LS600hL也完全使用LED制作近光灯。随后AudiR8车型首次推出了全LED前照灯。
        由于中国LED光源研发起步比较晚，制约了其在汽车照明领域的发展。由吉林东光瑞宝车灯有限责任公司承担的国家863计划新材料领域“半导体照明工程”项目“LED轿车前照大灯系统集成技术开发”课题，历经两年多的时间，在国内率先研制出全LED前照灯样灯。该灯的成功研制，缩短了我国LED前照灯领域与国际先进水平的差距，意味着LED前照灯向产业化方向发展又迈进了重要的一步。
        目前在世界范围内，LED前照灯仍处于研制阶段，部分企业推出的也只是概念性产品。但欧美等发达国家已经开始修订相关的标准，随着国外厂家对核心技术的进一步掌握，这些国外标准会越来越严格，将成为阻遏其他企业的门槛。
        安徽师范大学光电技术研究中心在与奇瑞公司合作研发“自适应前照灯系统”并取得成功基础上，近期该研究中心在省级重点课题的支持下，发挥光学设计方面的优势和专长，在LED前照灯光学元件设计上取得了突破性进展，其仿真结果完全符合ECE标准，已经申报1项发明专利。
        另外该中心利用LED光源开发出的LED路灯，已在芜湖市主干道投入使用，该灯性能稳定、照明效果好、节能效果突出，并将在芜湖市逐步推广。   

责编/齐 尚  吴 浪