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TechnikAutobeleuchtung

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.