探討偏振技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

周國慶

摘要：使用偏振技術(shù)實現(xiàn)汽車遠(yuǎn)近光自動切換，本文作了大膽設(shè)想。通過偏振光檢測裝置，發(fā)現(xiàn)對面的車輛。技術(shù)難點在于光束分離裝置，即如何實現(xiàn)把光分成相等的兩份。

關(guān)鍵詞：偏振光；偏振片；偏振技術(shù)；光束分離；光電轉(zhuǎn)換；模擬求差

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0245-02

近些年來，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，人民生活水平大幅提高，社會經(jīng)濟活動頻繁，機動車數(shù)量急劇增加。隨之而來，交通事故也呈上升趨勢，而交通事故中很大一部分是由于夜間行車時，對面車燈晃人眼使駕駛員看不清道路而發(fā)生的。

交通法規(guī)規(guī)定：在夜間行車時，兩車距離150米處變換燈光即把遠(yuǎn)光燈切換為近光燈。由于改變了燈光的照射角度，這樣不會使對面的駕駛員看不清道路。生活中，一些駕駛員常常不遵守這項規(guī)則，不及時切換遠(yuǎn)近光，再加上新型車燈異常明亮，使對面的駕駛員看不清道路，交通事故也就時有發(fā)生。針對這種情況，目前有幾種輔助方式可以減少事故的發(fā)生。

一是司機戴偏光眼鏡。我們知道，戴偏光鏡會使進(jìn)入眼睛的自然光的強度減少一半。如果進(jìn)入眼鏡的不是自然光，而是偏振光，偏振光的方向和鏡片一致，則光的強度不會衰減。如果偏振光的方向和鏡片不一致，則會衰減，當(dāng)方向相差90度時，偏振光完全不會通過。戴偏光眼鏡這種方式的優(yōu)點很明顯即把過于明亮的光線強度衰減一半，缺點也同樣明顯，即如果環(huán)境的光線已經(jīng)很暗了，再通過鏡片衰減，視線將變得更加模糊。

另一種方法是汽車的前擋風(fēng)玻璃和前車燈都加裝偏振片，二者偏振方向一致。車燈發(fā)出的光線為與水平方向成45度的偏振光，由于擋風(fēng)玻璃的偏振方向與車燈一致，自己車燈射出去的光線經(jīng)過反射，再透過擋風(fēng)玻璃回到本車的駕駛室內(nèi)，反射光不會衰減很多。而對面車燈射過來的偏振光方向與本車的擋風(fēng)玻璃的偏振方向互成90度（因相向而行），所以對面車燈的光透過擋風(fēng)玻璃后，強度下降很多。對面車燈的光中不完全是偏振光，有自然光的成分，偏振光的那部分被擋風(fēng)玻璃擋住，自然光的那部分衰減一半，因此對面車燈的光強度下降很多，不會使司機看不清道路，自然也就減少了事故的發(fā)生。即使對面的汽車沒有采用偏振技術(shù)，這種方法仍然有效。

第二種方法目前來看是最優(yōu)的，但可惜的是沒有大規(guī)模普及，僅少數(shù)高檔車輛進(jìn)行了安裝。這種方法雖好，但仍未實現(xiàn)遠(yuǎn)近光的自動切換。筆者在第二種方法的基礎(chǔ)上提出一個方案：設(shè)計一個這樣的檢測裝置，該裝置放置在車外，它能夠把對面車燈發(fā)出的偏振光檢測出來，發(fā)出信號帶動繼電器工作，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)近光的自動切換，當(dāng)然這個方案的前提就是所有車輛都裝有偏振車燈和偏振前擋風(fēng)玻璃。原理圖如下：

我們把上面的原理圖解釋一下：

I為光的強度符號。I自然光代表汽車接收到的自然光的那部分光的強度分量；I本車偏代表汽車接收到的同本車前擋風(fēng)玻璃偏振方向一致的那部分偏振光的強度分量，實際上它是本車車燈發(fā)出的偏振光反射回來的光的強度；I對面偏代表汽車接收到對面車發(fā)出的偏振光的強度分量，它與本車前擋風(fēng)玻璃偏振方向成90度。這樣，車外光的強度由三部分組成，分別是I自然光、I本車偏、I對面偏。

k1、k2代表相對穩(wěn)定的衰減系數(shù)，k3是比例系數(shù)。偏振片1與偏振片2唯一不同的地方是偏振角度，偏振片1的偏振角度同本車車燈，偏振片2的偏振角度同對面車燈的偏振角度，二者偏振角度互成90度。光電轉(zhuǎn)換1和光電轉(zhuǎn)換2參數(shù)完全一樣。

當(dāng)車外光經(jīng)過光束分離裝置后，變成了強度相等的兩束光，強度由（I自然光+I本車偏+I對面偏）衰減到k 1 （I自然光+I本車偏+I對面偏）。其中一束光經(jīng)過偏振片1后，光線強度變?yōu)閗 2 （k 1 I自然光/2 + k 1 I本車偏），k 1 I自然光/2為k 1 I自然光自然光這部分分量經(jīng)過偏振片1的強度（自然光衰減一半），k 1 I本車偏為本車偏振光這部分分量全部經(jīng)過偏振片1的強度（同方向的偏振光不衰減）， k 1 I對面偏這部分分量被過濾掉了（互為垂直的偏振光不會通過）。由于沒有理想的光學(xué)器件，所以前面加了衰減系數(shù)k 2。

兩束光中的另一束經(jīng)過偏振片2后，光線強度由k 1 （I自然光+I本車偏+I對面偏） 變?yōu)?k 2 （k 1 I自然光/2+ k 1 I對面偏），k 1 I自然光/2為k 1 I自然光自然光這部分分量經(jīng)過偏振片2的強度， k 1 I對面偏為對面車偏振光這部分分量全部經(jīng)過偏振片2的強度。k 1 I本車偏這部分分量被過濾掉了。由于兩個偏振片除偏振角度互成90度不一樣之外，其他參數(shù)完全一致，所以仍加了衰減系數(shù)k2。

經(jīng)過偏振片后的兩束光分別進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換裝置，把光的強度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號U1和U2，U1和U2同時進(jìn)入模擬求差電路（U2—U1），處理后輸出的信號為 k3k2k1（ I對面偏 —I本車偏）。當(dāng)對面來車到達(dá)一定的距離時，I對面偏會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于I本車偏，所以使輸出的信號是一個正的電壓信號，把這個信號放大去驅(qū)動相關(guān)的繼電器，實現(xiàn)遠(yuǎn)近光的自動切換。

我們看到，這套方案是可行的，理論推導(dǎo)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模怆娹D(zhuǎn)換和模擬求差電路完全可以實現(xiàn)，筆者也作了多次試驗。這套方案的技術(shù)難點在于光束分離裝置，即如何實現(xiàn)把光分成相等的兩份。目前還沒有成熟的技術(shù)。此技術(shù)如果能獲得突破，將進(jìn)一步提高汽車的智能化，將會帶動汽車產(chǎn)業(yè)的升級換代。

一個國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展與它的制度設(shè)計有很大的關(guān)系，筆者呼吁相關(guān)部門重視偏振技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的作用，下大力氣制定新的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，做相關(guān)的技術(shù)儲備和研究。如果全面更換偏振車燈、偏振擋風(fēng)玻璃，再加上本文設(shè)想的遠(yuǎn)近光自動切換裝置，我們的汽車產(chǎn)業(yè)將會有一個大的騰飛，帶動相關(guān)行業(yè)的經(jīng)濟效益也是巨大的。甚至摩托車、電動車都可以使用這項技術(shù)，交通事故會大大減少。筆者作此文僅起拋磚引玉的作用，希望有志之士作相關(guān)研究。