Wissenschaftler des Fraunhofer IOF in Jena haben einen außergewöhnlichen Arrayprojektor entwickelt: Das lichtstarke Mikrooptik-Modul ist nicht größer als eine Ein-Cent-Münze und liefert dennoch ein helles und scharfes Bild, in dem sich Hunderte von Kanälen pixelgenau überlagern.

Der von Peter Dannberg, Peter Schreiber (v.l.n.r.) und Marcel Sieler (nicht im Bild) entwickelte Arrayprojektor projiziert trotz seiner geringen Baugröße ein extrem helles Bild. © Foto Dirk Mahler/Fraunhofer.

Der von Peter Dannberg, Peter Schreiber (v.l.n.r.) und Marcel Sieler (nicht im Bild) entwickelte Arrayprojektor projiziert trotz seiner geringen Baugröße ein extrem helles Bild. © Foto Dirk Mahler/Fraunhofer.

»Unser Arrayprojektor kann zum einen scharfe und unverzerrte Bilder auf quasi jeder gewölbten oder geneigten Form darstellen. Zum anderen gelingt es uns, die typischen Skalierungsregeln klassischer Projektionssysteme neu zu definieren und so extrem kompakte aber dennoch lichtstarke Projektoren zu realisieren«, erklärt Dr. Peter Schreiber, zuständig für mikrooptische Beleuchtungssysteme am IOF.

Gemeinsam mit seinem Team entwickelte Schreiber in nur wenigen Jahren den Miniatur-Projektor von der Idee bis zum Serienprodukt. Das Geheimnis der Erfindung: Hunderte kleinster Linsen nach dem Vorbild der Facettenaugen von Insekten. Das weckte besonders auch das Interesse der Automobilindustrie. Denn in modernen Autos ist mehr und mehr Technik und Elektronik verbaut. Einzelne Bauteile dürfen daher nur klein sein und wenig Energie verbrauchen.

Konventionelle Beleuchtungssysteme in den Schatten gestellt

Dies gilt auch für die Beleuchtung im und am Fahrzeug. Der LED-Arrayprojektor liefert eine Lösung für diese Anforderungen. »Die technischen Vorzüge, besonders für den automobilen Einsatz, sind die geringe Größe und Robustheit der Mikrooptiken«, betont Marcel Sieler, ehemaliger Projektleiter am IOF. Sieler war mit dafür verantwortlich, den Projektor industriell umzusetzen.

In der 7er-Reihe von BMW wird er seit Mitte 2015 genutzt und erzeugt entlang des Autos einen hellen etwa vier Meter langen Lichtteppich, der den Boden und damit Hindernisse oder Unebenheiten ausleuchtet. »Damit wird erstmals weltweit ein komplexes Mikrooptik-Modul in einem Serienauto eingesetzt«, erklärt Dr. Peter Dannberg, der den Herstellungsprozess des Projektors entwickelte. Im BMW ist das Licht-Modul unterhalb der Tür verbaut und nicht wie bei anderen Herstellern in der Tür. Hierfür macht sich der Autobauer eine weitere Besonderheit der Fraunhofer-Entwicklung zunutze: »Mit einem Arrayprojektor sind helle und scharfe Bilder auch unter sehr kleinen Einstrahlwinkeln ohne geneigte optische Elemente möglich«, betont Peter Schreiber.

Das Beleuchtungssystem des IOF besteht aus einer Anordnung, englisch Array, vieler Mikroprojektoren. Jeder Projektor besteht aus einer Mikrolinse zur Beleuchtung und einer zweiten für die Projektion, dazwischen befindet sich ein Dia. Ein Arrayprojektor ordnet Hunderte solcher Mikroprojektoren gemeinsam an. »Die Arrayprojektion überlagert die Einzelbilder der mikrooptischen Projektoren so, dass sie sich zu einem hellen Gesamtbild auf dem Schirm überlagern und sorgt gleichzeitig für eine gleichmäßige Ausleuchtung«, erklärt Sieler. Je mehr Mikroprojektoren im Array angeordnet sind, desto heller wird das projizierte Bild. Hierfür muss der Projektor somit ausschließlich in der Fläche wachsen. Die Dicke von nur etwa drei Millimetern bleibt erhalten. Ein konventioneller Projektor müsste sein gesamtes Volumen vergrößern, um den Lichtfluss zu erhöhen.

Hohes Potential auch für andere Branchen

Auch für weitere Anwendungen sieht Peter Schreiber Potenzial: »Wir überlegen, wie der Arrayprojektor etwa in ultra-kompakten Datensichtbrillen oder als Spotlight mit spezieller Lichtverteilung eingesetzt werden kann. Ich sehe auch die Möglichkeit, effiziente und hoch dynamische Lichtmuster in der Messtechnik zu generieren.«

Für die Entwicklung des LED-Arrayprojektors erhielten Dr. Peter Schreiber, Marcel Sieler und Dr. Peter Dannberg den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2016. Die Jury begründet die Preisvergabe unter anderem mit der Entwicklung »eines weiteren Bausteins für den deutschen Automobilbau, um sich als Premium-Anbieter zu positionieren.«

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