Laserljus i bilindustrin: Frågor och svar om innovativ laserteknik
Stora möjligheter för smart bilbelysning
En intervju med dr Roland Fiederling, applikationsingenjör på OSRAM Automotive i Herbrechtingen.
Exakt hur fungerar laserljus?
Räckvidden på hela 600 meter i BMW i8 – dubbla räckvidden jämfört med vanliga LED-strålkastare – fås till stor del tack vare den lasermodul som utvecklats av OSRAM och som är integrerad i LED-strålkastarens helljus.
De aktiveras så snart hastigheten överstiger 70 km/h och när den inbyggda kameran på ett tillförlitligt sätt ser att det inte finns någon mötande trafik. – Vi använder laserns fysiska fördelar, säger Hans-Joachim Schwabe, vd för OSRAMs affärsenhet Specialty Lighting (SP).
Laserdioder kan generera mycket ljus på ett mycket litet utrymme. En laserdiod genererar ett nästan punktformat ljusflöde på några mikrometer, och därför kan den använda linsen vara mycket liten.
Den extremt höga ljusintensiteten möjliggör också en lång räckvidd.
Exakt hur skapas laserstrålen och vilka är de enskilda processerna?
Laser-helljuset är en utveckling från OSRAM Opto Semiconductors forskningslaboratorier i Regensburg. Blå laserdioder med en tillräcklig effekt på minst 1 watt har funnits i bara några år. De är baserade på indium-gallium-nitrid-teknik och är ursprungligen utvecklade för professionell projektorteknik. Ljusfärgen för sådana laserdioder kan förstärkas ytterligare genom att justera blandningsförhållandet mellan grundämnena indium och gallium.
Det är dock ganska komplicerat att använda laserdioder i fordon: dioderna måste fungera i temperaturområdet -40 till +100 °C.
– Det var svårt att utveckla laserdioder som fungerar tillförlitligt vid temperaturer över 50 °C, för sådana temperaturer nås snabbt om solstrålningen är intensiv, säger Hans-Joachim Schwabe.
Laserdioderna avger monokromatiskt ljus med en våglängd på 450 nanometer, vilket uppfattas som blått av det mänskliga ögat. Detta ljus är inte lämpligt för användning i fordon. Här behövs vitt ljus, helst med en färgtemperatur på cirka 5 500 Kelvin.
Därför har specialister från OSRAM Special Lighting (SP) utvecklat en modul där laserljuset från flera dioder först träffar en konverterare. Med hjälp av ett fluorescerande ämne omvandlas det blåa ljuset till vitt ljus – precis som i moderna lysdioder.
När började OSRAM med utvecklingen av laserljus, vilka var de tekniska milstolparna och vem var projektpartner?
Utvecklingen av Automotive Laser Activated Remote Phosphor (LARP) startade för ungefär fyra år sedan. Milstolpar var utvecklingen av de olika koncepten samt utvecklingen av prototypnivåerna ända fram till serietillverkning.
Var skedde denna forskning och utveckling?
Utvecklingen av LARP-systemen är ett globalt samarbete mellan olika divisioner inom OSRAM. Divisionerna Specialty Lighting, Opto Semiconductors och Corporate Technology har haft ett nära samarbete.
Hur skiljer sig laser för bilstrålkastare från laser för andra områden (till exempel underhållning)?
De viktigaste skillnaderna för LARP-system inom andra områden är de specifika kundkraven från bilsektorn avseende utrymme och miljöförhållanden, gränssnitt till strålkastare samt tid och kostnadsaspekter.
Hur mycket kostar en strålkastare med laserljus? Hur kan kostnaderna minska i framtiden?
LARP-system är fortfarande dyra lösningar främst för tillverkare av premiumfordon. Kostnaderna kan minskas med ökande volymer. Detta kan exempelvis göras genom att implementera LARP-systemen i fordon på mellanprisnivå.
Vilka är fördelarna med laserljus jämfört med andra ljustekniker (halogen, xenon, LED)?
Laserljus genererar extremt hög ljusstyrka, långt över ljusstyrkan för konventionell teknik. Ljusstyrkan är fyra gånger högre än för LED. Den extrema ljusstyrkan möjliggör användning av mycket små optiska komponenter. Dessa kan arrangeras efter behov i strålkastaren, vilket ger en hel del frihet för designen av strålkastarna. Omvänt leder optiska system av liknande storlek som används i LED-applikationer, till extrema räckvidder. Nuvarande serietillverkade fordon når räckvidder på upp till 600 meter.
Vilken är den nuvarande statusen, och hur ser OSRAMs plan för laserljus ut nästa år?
LARP är föremål för ett avsevärt utvecklingstryck. Tillsammans med de komplicerade system som används i dagens serietillverkning, kommer det också att finnas mindre paket som gör det möjligt för strålkastarkonstruktörer att öppna upp nya användningsområden. I framtiden kommer komplexa moduler med motsvarande ljusprestanda att erbjudas, liksom små kompakta moduler med lägre prestanda.