Mehr Licht, mehr Design

Die einen sind katzenhaft, andere haben einen stechenden Blick oder ähneln einem Adlerauge. Während es früher die Karosserien waren, mit denen sich die Designs der Automarken und -modelle voneinander unterschieden, sind es heute die Scheinwerfer. Im sogenannten Fahrzeuggesicht sind sie die Augen – und zwar nicht nur vorne, sondern auch am Heck, auch wenn das vielleicht paradox klingen mag. Für einen unverwechselbaren Look setzen Fahrzeughersteller vorne wie hinten auf immer detaillierte und aufwändiger gestaltete Leuchtkörper.

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Zur Herstellung der Holografiefolie wird eine Kugel gleichmäßig ausgeleuchtet. Das Licht muss im Winkel von 180 Grad auf die Folie treffen, damit das Hologram anschließend in den gesamten Halbraum abstrahlen kann. ​(Bild: Thilo Schmülgen/TH Köln)​

Möglich macht's die Technik durch die Verwendung neuer LEDs. Doch egal wie flamboyant die Scheinwerfer auch gestaltet werden, noch braucht es für jede Funktion wie Rücklicht, Blinker und Bremslicht eine eigene Leuchte. Noch. Denn hier könnte zukünftig durch eine einzelne, multifunktionale Leuchte die Formensprache der Autogesichter noch weiter vorangetrieben werden. Der Trick: Man nehme ein Hologramm.

Bisherige Bauweise nicht energieeffizient

Bislang bestehen die Autoleuchten aus einem Lampen- und Linsensystem. Bei den Rückleuchten sind Streuscheiben nötig, damit die Scheinwerfer das Licht gleichmäßig in den Halbraum hinter dem Auto ausstrahlen. „Allerdings werfen sie die Hälfte des Lichtes in den Scheinwerfer zurück. Das ist nicht gerade energieeffizient“, sagt Prof. Dr. Stefan Altmeyer vom Institut für Angewandte Optik und Elektronik (AOE).

Seit mehr als zehn Jahren forscht er mit seinem Team zu bildgebenden Verfahren und zur Holografie. Zum Beispiel um mit ihrer Hilfe Kunst- und Sonnenlicht zu lenken. Oder um Hologramme mit besonders breiter Abstrahlcharakteristik zu entwickeln (das Forschungsprojekt wird aktuell vom Programm "NRW-Patent-Validierung" mit 200.000 Euro gefördert). Wie in so vielen Forschungsfeldern gilt auch hier: Was im kleinen Maßstab bereits klappt, lässt sich nicht einfach eins zu eins in einen größeren transferieren.

Neues Verfahren macht's in einem Schuss

Doch Stefan Altmeyer und Roman Bibo, Absolvent und wissenschaftlicher Mitarbeiter am AOE sind auf einem guten Weg: bis Ende des Jahres wollen sie einen Demonstrator mit einer Hologrammfolie von 100 Quadratzentimetern fertigstellen, bei der man wahlweise rotes, gelbes oder grünes Licht zuschalten kann. Und wenn das Licht ausgeschaltet ist, ist das Hologramm durchsichtig wie eine Glasscheibe. Zur Herstellung benötigt man sehr spezielle Laser.

Das Hologramm eines Objekts entsteht dadurch, dass sich im Film die vom Objekt reflektierten Lichtwellen mit denen überlagern, die direkt vom Laser ausgesandt wurden. Es entsteht ein Interferenzmuster, das dreidimensional wirkt, wenn man es mit der gleichen Wellenlänge anstrahlt wie bei der Aufnahme.

Um eine Hologrammfolie in ausreichend großem Maßstab für Automobilrückscheinwerfer herzustellen, untersucht Roman Bibo gerade die optimalen Strahlungswinkel, Belichtungszeiten, das Strahlverhältnis und noch einige andere wichtige Parameter. Außerdem hat er ein neues Verfahren entwickelt, um die dafür nötige, aufwändige Goniometermessung „live und in einem Schuss“ durchzuführen: Ein komplexer Algorithmus rechnet dabei Verzerrungen, Abbildungsfehler und weitere Parameter heraus, um prüfen zu können, ob die Lichtverhältnisse auf dem Hologramm gleichmäßig abgebildet werden. Genau dies ist die Herausforderung bei der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung großer Hologrammflächen. Steht das Verfahren erst einmal, lässt sich das Hologramm in weniger als einer Minute erzeugen.

Cleane Designs, flache Konstruktionen

Mit ihrer Entwicklung hoffen Altmeyer und Bibo auf reges Interesse seitens der Automobilzulieferer. Auch eine spätere Ausgründung hält Altmeyer für denkbar. Neben einer Energieeinsparung von rund 50 Prozent bietet die Hologrammtechnik gegenüber den Streuscheiben noch weitere Vorteile: Automobilhersteller könnten ihre Markenlogos oder Bilder über die Folie visualisieren. Die neue Konstruktion nimmt in der Karosserie deutlich weniger Platz in Anspruch und „man sieht keine Technik, der Scheinwerfer ist leer und aufgeräumt“, so Altmeyer.

Die Hologrammfolie auch für die vorderen Scheinwerfer zu verwenden sieht der Experte für angewandte Optik hingegen kritisch: „Das ist weitaus schwieriger umzusetzen, da weißes Licht ein additives Gemisch aus den Einzelfarben Rot, Grün und Blau ist, die jeweils unterschiedlichen Wellenlängen haben. Und die Idee der Hologrammfolie liegt ja darin, einfach eine Farbe, also eine Wellenlänge zuzuschalten. Deshalb wird diese Technik erst einmal nur für das Heck interessant sein.“