Matrix-Licht, Laserlicht, OLED, Baustellenlicht - Entwicklungen beim Licht (2)

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Laserlicht auf dem Vormarsch

Die LED-Technologie ist neben seinen technologischen Vorteilen auch ökologisch sinnvoll, da es auch vergleichsweise energiesparend ist. Wenn das LED-Licht aber so toll ist, warum braucht es dann noch einen Laserscheinwerfer? Für Audi und BMW, die sich bei dieser Technik ein Rennen liefern, ist dies klar: Ein Laserscheinwerfer erreicht mit seinem Spot die doppelte Reichweite wie ein LED-Beam, nämlich rund 600 Meter. Der Gesetzgeber hat die Reichweite übrigens auf 650 Meter begrenzt. Erstmals vorgestellt wurde der Laserscheinwerfer im Automobil bei BMW serienmäßig im M4 GTS und im i8 und bei Audi im R8 LMX (Bild 6). Mittlerweile wird es im Audi A8 und im 7er BMW angeboten (Stand 2015). 

Bild 6 - Äußerlich ist vom Laserscheinwerfer nur eine Linse zu erkennen - Bild Audi

Eins vorweg, nach roten oder grünen Laserstrahlen wie in „Star Wars“ wird man vergeblich suchen. In Wirklichkeit tritt nämlich gar kein Laserstrahl aus und kann somit auch nicht für die Augen des Menschen gefährlich werden. Vielmehr emittieren die vier Laserdioden ein Licht mit 450 Nanometer Wellenlänge. Der Laserspot hat ein Licht mit einem bläulichen Schimmer. Dies wir auf eine Phosphorscheibe gelenkt, dort aufgefächert und in weißes Licht umgewandelt (Bild 7a). Beim R8 wurde das Licht danach auf steuerbare Spiegel (englisch: Digital Micromirror Device, s. Info DMD) gelenkt. Die DMD-Technik kennt man vom Prinzip her auch von den DLP Videoprojektoren. Von außen sieht man nur die Projektionslinse, sie bildet die Pupille des Scheinwerfers (Bild 8). Unter ihr liegen in einer filigranen Leichtbaustruktur fünf weitere Kunststofflinsen, die das Licht nochmals erweitern. Der Laser selber liegt getrennt vom Scheinwerfer im Motorraum und speist alle Linsen über separate Glasfaserbündel. Insgesamt erzeugen vier winzige Laserdioden in jedem Scheinwerfer einen Fernlichtkegel. der mehrere sechshundert Meter weit leuchtet.

Bild 7a Ein Laserstrahl wird durch das Phosphorelement und durch viele Spiegel aufgefächert, auf die Straße gelangt weißes Licht. - Grafik Audi

Bild 8 - Der R8 hat neben den Komponenten eines Voll-LED-Scheinwerfers auch noch zusätzlich ein Laserfernlicht - Grafik Audi

Das Laserlicht ist momentan auch nicht als Lichtersatz für die LED gedacht, sondern eher als Ergänzung im Fernlichtmodus. Der Laserspot schaltet sich ab 60 km/h Geschwindigkeit aktiv, um etwas in der Ferne herauszuheben. Stephan Berlitz, der Leiter der Audi Lichtforschung, demonstriert dies gerne an Rudi, einem Wildschwein aus Pappe, das am Ende des 120 Meter langen Tunnels im Lichtforschungszentrum aufgestellt ist. Mit dem auf ihn gerichteten Laserspot ist Rudi um einiges besser zu erkennen.

Weitere Laserplanungen

Für künftige Laser Scheinwerfer arbeitet Audi inzwischen auch an einer anderen Lösung. Statt vieler steuerbarer Spiegel soll dann nur noch ein sehr schnell beweglicher Mikrospiegel zum Einsatz kommen, der den Laserstrahl umlenkt (Bild 7b)!

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Bild 7b Künftig sollen im Laserscheinwerfer mit nur einem steuerbaren Spiegel gearbeitet werden - Grafik Audi

Bei geringen Geschwindigkeiten ist das Licht auf eine größere Fläche verteilt und die Fahrbahn sehr breit ausgeleuchtet. Bei hohen Geschwindigkeiten ist der Öffnungswinkel kleiner und die Intensität sowie die Reichweite des Lichts deutlich erhöht. Das ist insbesondere bei Autobahnfahrten von Vorteil. Zudem kann das Licht gezielt verteilt werden. Das heißt, dass durch die Steuerung der Aufenthaltszeiten in bestimmten Ausleuchtbereichen die Helligkeit variabel ist. Neu ist auch das intelligente und blitzschnelle Ein- und Ausschalten der Laserdioden in Abhängigkeit der Spiegelposition. Dadurch wird die Ausleuchtung oder Abschattung dynamisch und hochvariabel; die Straße ist dabei immer hell beleuchtet, ohne dass andere Verkehrsteilnehmer geblendet werden. Der entscheidende Unterschied zum Matrix-LED-Scheinwerfer: Die Matrix Laser Technologie hat eine noch feinere dynamische Auflösung und damit einen noch höheren Nutzungsgrad, was zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr führt.

Bei der neuen Technologie strahlen ebenfalls blaue Laserdioden (von OSRAM) mit einer Wellenlänge von 450 Nanometer ihr Licht auf einen drei Millimeter großen, sich rasch bewegenden Spiegel. Dieser lenkt das blaue Laserlicht auf einen Konverter ab, der es in weißes Licht umwandelt und auf die Straße projiziert. Der dafür genutzte Spiegel (von Bosch) ist ein mikro-opto-elektro-mechanisches System, der auf Silizium-Technologie basiert. Er ist besonders robust und zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer aus. Auch Beschleunigungssensoren oder Steuergeräte für die elektronische Stabilisierungskontrolle nutzen solche Bausteine.

Audi plant für die Zukunft noch weitere Anwendungen der Laserlicht Technologie. Das „Digital Micromirror Device“ ist dabei das Herzstück der Matrix Laser-Technologie. Es handelt sich um ein Array von winzigen Spiegeln mit Kantenlängen im Mikrometer-Bereich. Auf dem heutigen Stand sind hunderttausende Spiegel auf einem Träger angebracht. Sie lassen sich einzeln kippen – bis zu 5.000 Mal pro Sekunde. Mit Hilfe dieser der DMD wird aus einem Matrix-LED-Laser-Scheinwerfer ein Beamer, der im Prinzip auch „Videobotschaften abspielen“ kann. Im Prinzip sollen durch die intelligente Ansteuerung mehrere Millionen Lichtverteilungen realisiert werden können. Denn ein Chip, der 420.000 einzeln steuerbare Mikrospiegel trägt, teilt das Licht eines Lasers in kleine Pixel auf. Diese Technik erlaubt es, für nahezu jede Fahrsituation die ideale Lichtverteilung einzustellen oder auch Markierungen oder grafische Informationen auf die Straße zu projizieren. Das sogenannte Baustellenlicht wird aktiv, wenn das Fahrzeug in eine Baustelle oder Engstelle hinein fährt. Dann werden zwei Lichtstreifen von etwa 15 Metern Länge, die die Breite des Autos markieren, auf die Straße gelegt. Der Fahrer kann den Balken wie auf Schienen folgen und bekommt dadurch auch angezeigt ob er durch die Engstelle passt oder ob es zu knapp wird. Einem Fußgänger, der unachtsamen die Straße überquert, könnte auch die Lichtbotschaft „Stopp“ auf die Straße vor ihm projiziert werden. Denn die extrem hohe Auflösung erlaubt auch, Navigationspfeile oder andere wichtige Hinweise auf die Straße vor das Auto zu projizieren. Und wie bei einem Beamer lassen sich alle denkbaren aufwendigen Animationen auf die Straße zaubern. Davon konnte sich der Autor bei der Vorführung in einem Prototyp überzeugen.

Wie es mit den Lichtplanungen für die nahe und mittlere Zukunft weitergeht, können Sie in Teil 3 nachlesen.

Teil 3 Licht wird zum Informationsträger / OLED  |  Teil 1 Matrix LED Licht

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