Segmentiertes LED-Licht für Autos

3. Juni 2019, 18:38 Uhr
Segmentiertes LED-Fernlicht realisiert als mikrooptischer, irregulärer Wabenkondensor. Zwei identische Module mit einem Winkel von 1.5° zueinander montiert. Bild: Fraunhofer IOF
Segmentiertes LED-Fernlicht realisiert als mikrooptischer, irregulärer Wabenkondensor. Zwei identische Module mit einem Winkel von 1.5° zueinander montiert. Bild: Fraunhofer IOF
Das Fraunhofer Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik hat eine neue Generation von Lichtquellen für Autos entwickelt, die einerseits die gesetzlichen und von der Automobilbranche definierten Anforderungen bezüglich Lichtleistung und Funktionalität übertrifft, und die darüber hinaus auch noch kompakter und leichter verbaubar ist als aktuelle Systeme.

200.000 Mikrooptiken pro Scheinwerfer

Auf der LASER World of PHOTONICS präsentieren Wissenschaftler des Fraunhofer IOF den zweiten funktionsfähigen Prototypen eines segmentierten Fernlichts mit vermindertem Streulicht. Er basiert auf dem seit Jahren kontinuierlich weiterentwickelten Multiapertur-Projektor. 200.000 Mikrooptiken bündeln dabei das Licht optimal in Fahrtrichtung. Die Segmente lassen sich quasi ohne Zeitverzögerung einzeln oder in Gruppen abschalten. In Verbindung mit moderner Fahrzeugsensorik kann so das Blenden entgegenkommender Verkehrsteilnehmer wirkungsvoll verhindert werden. Durch die Kompaktheit wird ein deutlich geringerer Bauraum im Vergleich zu herkömmlichen Systemen benötigt.

 
LED-Fernlicht. Ausgeschaltete Segmente vermeiden die Blendung des Gegenverkehrs. Bild: Fraunhofer IOF

Blendungsvermeidung und mehr

Nicht nur der Gegenverkehr kann gezielt ausgeblendet werden, sondern es ist auch möglich, Fußgänger oder einen Fahrer mit unbeleuchteter Fahrrad vor einer Blendung zu schützen. Dadurch wird die Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer erhöht.

Hersteller können mit dem neuen Lichtsystem auch von einer deutlich höheren Designfreiheit in der Gestaltung der Autoscheinwerfer profitieren. Neben einer sehr geringen Bautiefe erlaubt das System eine größere Freiheit bei Abmessungen und in der Formgebung. Man muss die Scheinwerfer auch nicht rechteckig auslegen, sondern kann eine beliebige andere Form wählen. Das neue System hat zudem eine höhere Lichtausbeute; gerade beim Abblendlicht gehen nur 35 % des Lichts verloren – ein sehr guter Wert für LED-Scheinwerfer. Dies verbessert die Energiebilanz des Fahrzeugs und erlaubt gerade in Elektroautos höhere Reichweiten.

 
Viereckige Polymerlinsen ermöglichen eine präzisere Lichtmodellierung. Bild: Fraunhofer IOF

Neuer Scheinwerfer

Der Scheinwerfer besteht aus zwei Modulen mit je sieben einzeln ansteuerbaren LED-Clustern. Deren Licht wird von insgesamt vier Kollimationslinsen auf zwei Tandemlinsenarrays gerichtet. Diese Mikrooptikelemente übernehmen die Verteilung des Lichts der einzelnen Leuchtdioden. Tausende Mikrolinsen führen das Licht präzise in jeweils ein Beleuchtungssegment. Dieses kann durch die einzelne Ansteuerung der insgesamt 24 LEDs in Bruchteilen einer Sekunde an- oder ausgeschaltet werden. Durch die geringe LED-Anzahl halten sich auch die Kosten in Grenzen.

Zwecks präziser Ausleuchtung wurden erstmals viereckige Polymerlinsen in verschiedenen Abmessungen verwendet. Die kleinste Variante hat eine Seitenlänge von 45 x 180 µm. Dafür hat das Fraunhofer IOF mit der Grauton-Lithografieanlage „High 5“ ein neues Produktionsverfahren für rechteckige Linsen entwickelt. Sie erlaubt einerseits die Herstellung feinster Mikrostrukturen bei vergleichsweise großer Profiltiefen bis zu 100 μm.
Auf diese Weise kann das Licht der LEDs optimal genutzt werden. Mittlerweile gelang dem Fraunhofer IOF auch ein erster Prototyp eines Abblendlichts. Wenn alle Komponenten fertig entwickelt sind, werden hier 8.000 Mikrolinsen für eine optimale Sicht bei Nacht und schlechtem Wetter sorgen.
 
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