Gajdán Miklós: A fényszórók fejlődése a Halogéntől a rajzoló digitális mátrix LED-ig

Mióta az autókra fényszórót szerelnek, azóta probléma, hogyan lehetne nappali láthatóságot varázsolni az autó elé úgy, hogy a szembejövők ennek ne lássák kárát. Tulajdonképpen már erre találták fel a kézzel átváltható tompított és távolsági fényt, aminek a legnagyobb hibája épp a kézi irányítás. Ha a sofőr egy jármű közeledésekor elfelejt tompítottra váltani, a vele szembe jövőnek másodpercekig csak fényes karikák ugrálnak a szeme előtt. Csakhogy az átkapcsolás sem mindig csodafegyver, például, ha rosszul van beállítva a fényszóró.

Ahhoz, hogy a helyzet határozottan megváltozzon, a technikának kellett előre lépnie. A hagyományos, tükrös halogéneknél hatásosabb vetítőlencsés fényszóró, de legfőként az általánosan xenonnak nevezett gázkisüléses fényszórók feltűnése kellett ahhoz (1992-ben), hogy megjelenjen a fényszórók automatikus szintszabályozása és tisztítása (a nagyobb fényerő miatt egyértelműen kötelező jelleggel). Tíz évre rá kezdtek feltűnni (a vonatkozó szabályozás megváltozásával) az első adaptív fényszóró rendszerek (AFL, azaz Adaptive Forward Lightning), amelyek a sebességtől, a kormány elfordításától és az autó hosszirányú állásától (bólintás, illetve ágaskodás) függően változtatják a fényszóró fényét. Például a sebességet figyelembe véve váltanak a tompított és a távfény között, a kormány elfordítására pedig bevilágítanak a kanyarba. Később, a szélvédő mögé épített kamerák megjelenésével automatikus – tompított és távfény közötti - fényváltó funkcióval egészült ki az AFL tevékenységi köre.

A fejlődés rohamtempóját jelzi, hogy a gázkisüléses fényszórók feltűnése után alig másfél évtizeddel már egy új technika kopogtatott: a fénykibocsátó dióda, azaz a led. Ledes fényszóró 2006-ban, az akkor vadonatúj hibrid Lexus LS600h elején jelent meg, de csak tompított fényként. A többi fényforrás céljára, beleértve a távfényt is, hagyományos izzókat vetett be a japán autógyártó. A ledeknek az a tulajdonsága, hogy ugyanakkora fénykibocsátás mellett kevesebb energiát igényeltek, vonzó fényforrássá tette őket, ezért hamarosan minden autógyár elkezdett foglalkozni velük.

Az első ledek fényereje azonban nem volt kimagasló, ezért alkalmazták őket kezdetben elsősorban csak hátsó lámpákban, majd elöl nappali menetfény céljára. A fényerő növelésére azonban adta magát az ötlet, hogy több led fényét egyesítsék, és így hozzanak létre olyan erős fényt, ami már alkalmas tompított fény számára. A megoldás kényszerből hamarosan erényt kovácsolt. Hiszen ha több fényforrásból rakjuk össze a fénysugarat, akkor megtehetjük, hogy azokat egyedileg vezéreljük és így a pillanatnyi helyzet által megkövetelt formájú fényfoltot hozzunk létre.

A csoportba, vagy csoportokba rendezett ledekkel egyrészt mechanikus megoldások nélkül váltak megvalósíthatóvá a korábbi AFL-ek funkciói, másrészt megszületett a led mátrix fényszóró őstípusa. (A nevét a matematikában használt mátrixokról kapta, amiket nagyjából úgy kell elképzelni, mint egy táblázatot, amelyben sorokba és oszlopokba rendezték a számokat. Lehet például 3x3-as, 3x5-ös, 5x10-es, 10x30-as, stb. elrendezésű a táblázat, illetve mátrix. A valódi led mátrix fényszóróban a sorokban és oszlopokban ledeket találunk a ledek helyén.)

Már a kezdetleges led mátrix fényszóró is többet tudott azonban, mint az AFL, mert a beépített ledek számától függően sokoldalúbban volt képes változtatni a fénysugár rajzolatát, illetve volt képes kitakarni abból részeket. Például egy álló gyalogost éppúgy (keskeny, de magas kitakarás), mint a szembejövő autónak szélvédőjét (széles, lapos kitakarás, de viszonylag magasan). Alapelvében ilyen ledes fényszóró továbbfejlesztett változatát építi be modelljeibe például IntelliLux néven az Opel (elsőként Astra 2015, de részleges led fényszóró már 2012-től), de az Audi is előszeretettel alkalmazta egyes típusainál (elsőként A6 2011).

Azóta szédületes tempóba kapcsolt a fejlődés. A ledek száma az oldalanként öt csoportba rendezett és csoportonként öt ledet magába foglaló, összesen 25 ledes rendszertől az akár összesen 65 ezer ledet tartalmazó fényszóróig terjed, de akad olyan is, amelyik egy egységben (például tompított fény) csupán egyetlen erős ledet vonultat fel, vagy olyan, amelyben ugyan csak két led szolgál fényforrásul, mégis 1,3 millió fényponttal (pixellel) gazdálkodik. Az érdekes az, hogy ezek közül több a külsejével nem is árulja el melyik is valójában, mert ránézésre csak egy lencsét látni így egyszerű lencsés (projektoros) fényszórónak mutatja magát. Holott micsoda különbség van köztük!

A lencsés led mátrix megoldások egyikére nyújt jellegzetes példát a 2016-os Mercedes E-osztály fényszórója. A fénykibocsátó egység 84 darab led, amit egy hűtőfelülettel (a led is termel hőt!) és vezérlőelektronikával egybeépített nyomtatott áramköri panelen (PCB, azaz Printed Circuit Board) helyeztek el. A ledek fényét két lencse tereli megfelelő irányba, a fényfolt formáját pedig a ledek egyenkénti ki és bekapcsolásával lehet változtatni. Hasonló megoldást alkalmaz egyébként a Porsche is.

Ennél is akad azonban már fejlettebb technika, erre mutat példát a Mercedes S-osztály és az Audi A8 egymáshoz hasonló felépítésű fényszórója. Mindkettő az egyes feladatoknak megfelelően (tompított, távfény, kanyarfény, stb.) több különböző ledes egységet, az Audié például hatot foglal magába, amelyek különböző rendszerűek, vagyis éppúgy akad bennük egyedi ledes, mint led mátrix egység. Öt közülük az eddig ismertetett megoldások valamelyikét vonultatja fel, egy azonban teljesen eltérő és épp ennek köszönheti megdöbbentő képességeit.

A digitális mátrix led (DML) modul névre hallgató egységben összesen csupán két led bújik meg, ezért elsőre túlzásnak is tűnik, miért hívják mátrixnak. Azért érdemli ki mégis ezt a nevet, mert olyan képet képes megjeleníteni, mintha 1,3 millió led dolgozna benne. Az 1,3 millió pixeles képet azonban nem a ledek megsokszorozásával érik el, hanem azzal, hogy a két led fényét egy gyufaskatulyánál is kisebb felületű tükörre irányítják. Csakhogy ez a tükör nem egy nagy, egybefüggő fényvisszaverő felület, hanem 1,3 millió darab, egyenként vezérelhető apró tükörből áll össze, ezért a neve Digital Micromirror Device (digitális mikrotükrös egység).

A működése elvileg rendkívül egyszerű. Ha a tükrök alaphelyzetben állnak, a rájuk eső fényt egyenesen a vetítőlencsébe továbbítják. Ha azonban bármelyik, vagy több (akár az összes) tükör jelet kap, kibillen az alaphelyzetéből, és ezzel egy holt térbe veri félre a led fényét, ami sötét pontként jelenik meg a fénysugárban. Az egyébként az irodai számítógépes projektorokban is alkalmazott technika előnye, hogy a felbontás határáig a ledek le, vagy felkapcsolása nélkül a teljesen világos és a teljesen sötét végállások között nagyon pontosan körülhatárolt formákat (akár feliratokat, rajzolatokat) képes megjeleníteni, vagy éppen kitakarni, sőt, megfelelő vezérlés esetén fekete-fehér videót is levetíthet.

A fényszórókhoz mérten nagy felbontás legfőbb feladata természetesen nem valamelyik régi Miki egér film levetítése (már, ha a Disney hozzájárulna), hanem a mindenkori helyzetnek megfelelő, vakításmentes fénysugár kialakítása. Méghozzá úgy, hogy karöltve a többi egységgel egyszerre akár több feladatot képes megoldani. Például azt, hogy a szembejövő autó felé csak lefelé világít, hogy ne vakítsa el annak vezetőjét, de közben erősebb fénnyel világítson meg egy közlekedési táblát, vagy az út szélén lépkedő gyalogost (de a fejét nem, nehogy elvakítsa), sőt még azt is, hogy egy jelet vetítsen az útra, hogy azzal hívja fel a vezető figyelmét a gyalogos képében jelentkező esetleges veszélyre.

Rajzoló képessége révén a fényszóró számos különböző tájékoztató jel megjelenítésére képes. Hópihével figyelmeztethet a csúszós úttestre, lapátoló ember ábrával az úton folyó munkákra, amelyeknél a követendő irányt is mutathatja elhúzott sávok esetén. De arra is alkalmas, hogy az útra rajzolja a navigáció által javasolt útirányt, konkrétan rámutatva például, melyik sarkon kell bekanyarodni. A navigációval való együttműködés azonban abban is megnyilvánul, hogy emelkedőhöz érve kicsit felfelé világít azért, hogy hosszabb távot lássunk be az útból, míg dombháton átbillenve lefelé szorítja a fényt, nehogy elvakítsuk a velünk szemben felfelé kapaszkodókat.

A pontos vezérlésre szükség is van, hiszen a ledes fényszórók körülbelül kétszer olyan távra képesek előre megvilágítani az útfelületet, mint akár a xenon fényszórók, míg a led továbbfejlesztésével született lézerfényszórók még erre is képesek ráduplázni. A helyzetnek megfelelő fénysugár létrehozása az autó érzékelő és értékelő rendszereinek (kamera, esetleg radar) és a navigáció szoros együttműködésével lehetséges.

Talán ebből is sejthető, hogy egy ilyen nagy tudású komplex rendszer nem olcsó játék. A hagyományos fényszórókhoz képest azonban hétmérföldes előrelépést jelentenek már az olyan kedvezőbb árú megoldások is, mint például az Opel IntelliLux névre hallgató rendszere. Ez is képes a szembejövők vakításának elkerülésére kitakarni őket, vagy tompítani a fényt éppúgy, mint lakott területre érve szélesebb megvilágítást adni és egyben tompítottra váltani. Az észszerűség jegyében azonban az utóbbihoz nem a navigációs rendszer adatait használja, hanem a közvilágítás fényeit érzékeli, és ebből tudja, hogy lakott területre értünk. (Vagyis navigáció nélkül is működik.) Lehet, hogy nem olyan nagy tudású a rendszer, de nem is annyiba kerül, és alkalmazásával - az összetettebb, drágább rendszerek alkalmazásával pedig különösen – örökre búcsút inthetnénk egyrészt a vakításnak, másrészt számos gyalogos és kerékpáros baleset válna megelőzhetővé.