車のライト：私がいなければ、どんなに良い車でも役に立たない

現代の人類社会において最も重要な交通手段を選ぶとしたら、間違いなく自動車がトップに挙げられるでしょう。人々の移動に欠かせない忠実な仲間として、自動車の重要性は明らかです。

人々の活動範囲は大きく広がり、生活や仕事の効率も向上し、より短い時間でより広い空間を確保できるようになりました。「朝出発して崇陵山へ行き、夕方明光に到着する」という目標は、もはや達成不可能な目標ではありません。だからこそ、自動車の発展は人類全体の進歩と密接に関係しており、自動車の発展の歴史は人類の技術進歩の歴史でもあるのです。

画像出典: veer gallery

1885年にドイツのカール・ベンツ（メルセデス・ベンツは彼にちなんで名付けられました）が自動車を発明して以来、自動車の補助装置として自動車ライトが誕生しました。車の目であるヘッドライトは、車の正常かつ安全な運転を確保するための重要な「器官」です。

世界初の自動車、メルセデス・ベンツ1号。画像提供：著者撮影

爽やかでユニークな車のライトデザインは、自動車エンジニアが常に追求している仕上げとなっています。いくつかのヘッドライトはカラフルで、「色っぽい視線を送ります」。いくつかのヘッドライトは強力で、戦斧に似ています。特徴的なヘッドライトは、一部の高級車にとって大きなセールスポイントとなり、次第に高級車自身の名刺にもなっています。

特徴的なヘッドライト、画像出典：著者作成

自動車用ライトの発展は、初期の携帯用灯油ランプから始まり、第1世代の白熱ランプ、第2世代のハロゲンランプ、第3世代の高圧ガス放電ランプ、そして今日の最新の第4世代のLED（発光ダイオード）ランプという、おおまかに4つの段階を経てきました。

パート1

古代の白熱電球

偉大な発明家エジソンが 1879 年に発明した白熱電球は、特に一部のクラシックカーで一般的に使用されていたオリジナルの携帯用灯油ランプに代わる自動車用ライトの第一選択肢となる運命にありました。白熱電球は現在の照明市場でまだ存在しています。タングステンフィラメントに電流を流して加熱し、白熱状態に達することで作られます。温度は3000℃に達することもあります。高温のタングステンフィラメントは光子を外側に放射して点灯します。

しかし、タングステンフィラメントが高温で作動すると、タングステン原子が継続的に揮発し、最終的にガラス管の内壁で冷却されるため、白熱電球の寿命が非常に短くなります。タングステンフィラメントの急速な損失を避けるためには、その動作温度を下げる必要があり、その結果、その発光輝度が制限されます。白熱電球は色温度が低いため、黄色がかった色を発します。ありがたいことに、車両照明としての白熱電球の限界は、ハロゲン電球によってすぐに補われました。

画像出典: veer gallery

パート2

ハロゲンランプの進化版

ハロゲンランプは 1970 年代に誕生しました。これらは実際には、前述の白熱電球のアップグレード版です。白熱電球にハロゲン元素（ヨウ素や臭素など）を添加することで、白熱電球の明るさは1.5倍、寿命は3～4倍に向上します。その動作原理は、高温のフィラメントによって生成されたタングステン原子が蒸発してガラス管壁に向かって移動し、ガラス管壁に近づくと、タングステン蒸気は約 800°C まで冷却され、ハロゲン原子と結合してハロゲン化タングステン (ヨウ化タングステンまたは臭化タングステン) を形成するというものです。ハロゲン化タングステンはガラス管の中心に向かって曲がり、酸化されたフィラメントに向かって戻り続けます。

ハロゲン化タングステンは非常に不安定な化合物であるため、加熱するとハロゲン蒸気とタングステンに分解します。蒸発した部分を補うために、タングステンがフィラメント上に堆積されます。この再生サイクルにより、フィラメントの累積耐用年数は 400 ～ 500 時間に達し、これは自動車の運転に換算すると約 4 ～ 6 年分に相当します。

画像出典: veer gallery

同時に、フィラメントはより高い温度で動作できるため、より高い明るさ、より高い色温度、より高い発光効率も達成できます。ハロゲンランプは依然として白熱電球をベースにしたアップグレードであるため、その発光色は白熱電球と似ており、どちらも黄色がかった琥珀色で、雨や霧の環境でも透過効果が優れています。ハロゲンランプは安価なため、現在でもほとんどのファミリーカーに採用されています。

パート3

高圧ガス放電ランプはかっこいいですね

高圧ガス放電ランプは、タングステンフィラメントの代わりに高圧ガスを使用して石英ガラス管に封入し、高電圧電流を使用して高圧ガスを活性化し、アーク放電を発生させるランプです。一般的な高圧ガス放電ランプには、水銀ランプ、ナトリウムランプ、キセノンランプなどがあります。キセノンランプは一般的に自動車のライトに使用されます。 1990 年代に、自動車照明メーカーの HELLA は、技術的に成熟したキセノン自動車照明を市場に投入しました。キセノンランプはタングステンフィラメントを高温で加熱する必要がないため、ハロゲンランプよりも安定した照明出力を提供できます。キセノンランプの光強度はハロゲンランプの3倍ですが、消費電力はわずか3分の2の約35Wです。

画像出典：著者撮影

それだけでなく、キセノンランプの光の色は太陽光とほぼ同じで、まばゆいばかりの明るい白色であり、ドライバーにとってより優れた視覚体験を生み出します。キセノンランプのこれらの利点と特性により、運転の安全性と快適性が大幅に向上します。さらに重要なのは、キセノンランプの理論上の寿命は 3,000 時間に達し、ハロゲンランプに比べて大幅に改善されていることです。上記の利点に基づいて、キセノンランプの使用は日々増加しており、特に中高級車でよく使用されるランプタイプになりつつあります。

パート4

強力なLEDライト

LED ライトは光源として発光ダイオードを使用します。電流が半導体を通過すると、電子と正孔が再結合して光を発します。コスト上の理由により、上位モデルでのみ利用可能です。上記のすべてのランプタイプと比較すると、LED はエネルギー消費量が最も低く、耐用年数が最も長く、一般的な寿命は最大 50,000 時間です。

LED が発する光の色はキセノンランプとほぼ同じで、日光のような明るい白色です。ただし、点灯までに 3 ～ 4 秒の遅延が必要なキセノンランプとは異なり、LED は瞬時に点灯できます。そのため、方向指示灯やハイマウントブレーキランプに LED を採用すると、運転中の車両の緊急対応ニーズを満たすことができます。さらに、光源は任意の形状に加工することができ、広いスタイリングスペースと強いテクノロジー感覚の利点を備えています。

LED ヘッドライトは 3 種類の自動車ヘッドライトの中で総合的な性能が最も優れていますが、最も高価でもあります。そのため、一部の高級車種ではヘッドライトとして使用されるほか、主にデイタイムランニングライトとして使用されています。

画像出典：著者撮影

あなたの車に選択する特定のタイプのヘッドライトは、あなた自身の車の使用状況に基づいて決定する必要があります。普段市街地を運転するのであれば、普通のハロゲンヘッドライトで十分です。また、黄色がかった光色のため、雨天や霧の環境でも透過性と視認性が向上します。郊外や街灯の少ない道路を頻繁に運転する場合、キセノンランプは明るさが高く、価格も比較的手頃なので、光ファイバーや道路状況の欠点を補うことができます。

さまざまな車のライトの比較画像ソース: 著者作成

運転体験を追求し、条件が許す車の所有者にとって、LED ライトは良い選択となるでしょう。しかし、車のヘッドライトは明るければ明るいほど良いです。夜間に他の車と出会ったときに、他のドライバーの視界に影響を与え、安全上の危険をもたらすからです。

参考文献:

[1] 楊立軍、趙宇。自動車の照明技術とスタイルの発展に関する簡単な分析[J]。自動車実用技術、2019(24):3.

[2] 関維里特許分析に基づく自動車照明技術の発展に関する研究[D]華北航空宇宙工学大学。

[3] 楊正波自動車の「過去」「現在」「未来」[J]中学生のための数学、物理、化学：人民教育出版社の教科書に準拠、2015年（Z1）。

[4] 陳燕自動車照明の現状と発展の展望[J]。照明と照明、1989(3):3.

[5] チェン・ボー自動車照明の現状と開発動向について簡単に解説します[J]。タイムズオート、2017(01X):2。

制作：中国科学普及協会

著者: XY チーム

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。