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Mehr Sicherheit dank Laserlicht

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Bernd Seidel

Bernd Seidel

freier Journalist

Dauerhaftes Fahren mit Aufblendlicht, direkt angestrahlte Verkehrszeichen in weiter Entfernung, projizierte Richtungspfeile direkt auf der Straße oder leuchtende Abstandshalter – und das alles, ohne den Gegenverkehr zu blenden: Laserlicht bietet Autofahrern Perspektiven, wie man sie bislang nur aus Science-Fiction-Filmen kannte.

07. April 2015

Laserlicht fasziniert. Beflügelte es früher in Star Wars als hoch-energetische Waffe vor allem Zukunftsphantasien, kommt die Technologie jetzt immer mehr in unserem Alltag an. So etwa in der Automobilbeleuchtung, denn dank der hohen Lichtdichte lassen sich mit Laserlicht Scheinwerfer realisieren, die bis zu 600 Meter weit strahlen.

Star Wars im Auto

„Dazu kommen blaue Laser zum Einsatz, die durch einen speziellen Phosphor konvertiert werden“, erklärt Cornelius Neumann, Leiter des Lichttechnischen Instituts am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die Forschungseinrichtung ist neben Audi, BMW, Bosch und Osram einer der führenden Partner im Projekt „Intelligentes Laserlicht für kompakte und hochauflösende adaptive Scheinwerfer“ (iLaS) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Passiere das blaue Laserlicht ein gelbes Phosphorplättchen, werde es weiß und der extrem gebündelte Strahl etwas diffuser, so der Wissenschaftler. Mittlerweile setzen zwei Hersteller die zukunftsweisende Lichtquelle serienmäßig als Zusatzfernlicht ein: BMW im I8 und Audi im R8 LMX.

Kombination Laser und LED

„Da man einen sehr kleinen Lichtpunkt mit hoher Leuchtdichte bekommt, lässt sich damit ein besonders heller Lichtfinger mit extrem großer Reichweite erzeugen“, so Neumann. Derzeit seien Laserscheinwerfer allerdings nur in Kombination mit LED-Licht sinnvoll einsetzbar, denn man könne damit noch keinen ganzen Lichtkegel ausleuchten.

Aktuelle Forschungen verfolgen verschiedene Ansatzpunkte. „Bei den Lichtsystemen der Zukunft wird es neben dem Design noch einen zweiten Faktor geben, der den Unterschied ausmacht – die Software“, gibt Wolfgang Huhn, Leiter Entwicklung Licht/Sicht bei Audi, die Richtung vor. Sie sollte die Ressourcen des Fahrzeugs sowie seiner Umgebung intelligent nutzen können. Dabei hilft den Entwicklern eine immer ausgefeiltere Sensorik und die sich rasant entwickelnde Rechnertechnik der Autos. Kameras, Infrarot-Sensoren, Radarsysteme und andere Informationsquellen liefern Daten, auf die die Scheinwerfer gezielt reagieren können.

Warnung vor Wildschweinen

„Das Laserlicht lässt sich beispielsweise als Markierungslicht benutzen, um vor Wildschweinen oder Rehen zu warnen und sie anzuleuchten“, so KIT-Institutsleiter Neumann. Denkbar sei auch ein Baustellenlicht, bei dem einem nachts ein Lichtfinger zeige, wie breit das eigene Auto sei, damit man wisse, ob man zwischen LKW und Leitplanke noch hindurch fahren könne.

Zum anderen arbeiten die Forscher am sogenannten Matrix-Laserlicht. Dabei wird das Laserlicht über einen Chip mit Hunderttausenden von Mikrospiegeln gelenkt, das sogenannte „Digital Micromirror Device“ (DMD). Die Spiegel mit Kantenlängen im Mikrometer-Bereich lassen sich einzeln ansteuern und bis zu 5.000 Mal pro Sekunde einzeln kippen. Sie teilen den Lichtstrahl in kleine Pixel auf. Dadurch lässt sich praktisch für jede Situation eine ideale Lichtverteilung einstellen.

Dimmt bei Gegenverkehr automatisch runter

Ganz neu ist der Ansatz nicht, denn LED-Scheinwerfer können bereits ähnliche Funktionen übernehmen, etwa beim Audi TT oder beim Audi A8 mit 12 beziehungsweise 25 Leuchtdioden pro Seite. Sobald die Kamera, mit der das Lichtsystem zusammenarbeitet, andere Fahrzeuge erfasst, schaltet das Steuergerät einzelne LEDs blitzschnell ab oder dimmt sie in 64 Stufen. Entgegenkommende und vorausfahrende Fahrzeuge werden ausgespart, alle Bereiche zwischen und neben ihnen jedoch weiterhin voll ausgeleuchtet. Sobald der Gegenverkehr vorbei ist, leuchtet das Fernlicht wieder homogen und in voller Stärke auf. Die Leuchtdioden der Matrix-LED-Scheinwerfer übernehmen auch die Funktion des Kurvenlichts, indem sie den Fokuspunkt des Lichts durch gezieltes Auf -beziehungsweise Abdimmen in die Richtung des Kurvenverlaufs verschieben.

Beim Matrix-Laserlicht ist die Auflösung jedoch um ein Vielfaches höher. So könnten auch Navigationspfeile oder andere wichtige Hinweise auf die Straße vor dem Auto projiziert werden und in Abbiege- und Kreuzungssituationen den richtigen Weg weisen. Zudem ließen sich mit dem hochauflösenden Licht wichtige Verkehrszeichen hervorheben.

Abstand halten dank Laserwarndreieck

Ein weiteres Vorentwicklungsprojekt von Audi ist das Laser-Nebelschlusslicht. Von einer Laserdiode am Fahrzeugheck generiert, erscheint es als rote Linie auf der Straße. Ihre Länge ändert sich mit dem Abstand zum Fahrzeug, in etwa 30 Meter Entfernung entspricht sie etwa dessen Breite und fordert den Hintermann unmissverständlich auf, ausreichend Abstand zu halten. Im Nebel oder Regen werden die Laserstrahlen dagegen an Wasserpartikel in der Luft sichtbar und wirken wie ein großes Warndreieck.

Ob es soweit kommt, hängt nicht zuletzt an der gesetzlichen Zulassung, so Cornelius Neumann. „Laserlicht ist momentan nur als Fernlicht zugelassen. Ersetzen wir damit konventionelle LED-Scheinwerfer komplett, muss auch die ECE-Zulassung neu erteilt werden.“

Blendfreies Fernlicht

Xenon-Scheinwerfer haben sich in den 90er Jahren trotz des „besseren“ Lichts kaum durchgesetzt. Ihr Anteil liegt momentan bei nur 20 Prozent. Dafür, dass Matrix-Laserlicht erfolgreicher werden kann, spricht der Sicherheitsaspekt. „Wenn man auf einer Landstraße immer mit Fernlicht unterwegs sein kann und der Gegenverkehr nicht geblendet wird, dann ist das schon eine großartige Sache“, ist Lichtexperte Neumann überzeugt.

Die Effizienz des Laserlichts ist derzeit nicht so hoch wie bei LEDs. Rund 30 Prozent mehr Lichtausbeute und ein Drittel geringerer Energieverbrauch sprechen allerdings für die neuen Lichtquellen, die derzeit aber noch sehr teuer sind. „Wenn sich für den Dioden-Laser auch so eine Marktentwicklung ergibt wie bei den Leuchtdioden, kann zukünftig deutlich günstiger gefertigt werden“, vermutet der Leiter des KIT Lichtinstituts.

Licht aus der Fuge

Besonders Fahrzeugdesigner begeistert die Technologie, denn Scheinwerfer lassen sich bei gleicher Helligkeit damit deutlich verkleinern. Im Audi R8 LMX sind pro Modul vier leistungsstarke Laserdioden im Einsatz, die jeweils nur drei Zehntelmillimeter Durchmesser aufweisen. „Damit wird ‚Licht aus der Fuge‘ möglich“, so Neumann. Scheinwerfer würden integraler Bestandteil der Fuge zwischen Haube und Front. Zukünftig reichten kleinste Lichtaustritte.

„Die Matrix-Laser- und die Matrix-LED-Technologie haben Potential. Wir werden das Licht über Kamera-Systeme hochpräzise steuern. Und da, wo unser Sichtfeld endet, können wir Car-to-X-Technologien nutzen, also Informationen von anderen Autos und der Infrastruktur“, sagt Stephan Berlitz, der die Entwicklung Lichtfunktionen und Innovationen bei Audi leitet. So weichen die zerstörerischen Visionen der Generation „Star Wars“ langsam einer leuchtenden und vor allem sicheren Zukunft – zumindest im irdischen Straßenverkehr.