Die Bedeutung von LED und Optoelektronik in intelligenten und autonomen Fahrzeugen

Sicherheit ist eng mit Licht verbunden – im Alltag wie in der Verkehrssicherheit. Zunehmend intelligentere und autonom arbeitende Anwendungen mit sichtbarem und unsichtbarem Licht sorgen schon heute für mehr Komfort und Fahrsicherheit. In diesem Zusammenhang werden nach Überzeugung von Osram Opto Semiconductors LED und Optoelektronik eine entscheidende Rolle spielen.

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OSRAM Opto Semiconductors GmbH

Heute findet sich eine breite Palette von Lösungen, die auf sichtbarem Licht basieren in Fahrzeugen: von intelligenten Scheinwerfern, wo Multi-Pixel-LED-Technologie gerade für Furore sorgt, bis hin zu effizienter Innenbeleuchtung oder Head-up-Displays. Neben den vieldiskutierten Themen, wie adaptives Fernlicht (ADB) oder adaptive Frontbeleuchtung (AFS), gibt es zahlreiche Anwendungen, die zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit beitragen. Dazu zählen etwa adaptive Geschwindigkeitsregelung, Unfallwarn- oder automatische Notbremssysteme, Fußgängerschutzfunktionen, aktive Nachtsicht (NIR), Fahrerüberwachung, Passagiererkennung und vieles mehr.

Unsichtbarer Schutz

Die Grundlage vieler sicherheitsrelevanter Automobilsysteme bildet unsichtbares Licht von Infrarot-LED (IRED). Je nach Wellenlänge werden diese Lichtquellen in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Ein Hauptanwendungsgebiet für IRED mit einer Wellenlänge von 850 Nanometern (nm) sind Infrarot-Beleuchtungseinheiten für Kamerasysteme zur Überwachung der äußeren Fahrzeugumgebung. Zu diesen Systemen gehören Nachtsicht-Systeme, die Früherkennung von Gefahrensituationen über Unfallvermeidungssensoren (Pre-Crash-Sensorik) und Lösungen für den Fußgängerschutz, die mit Kamerabildern arbeiten.

Das Ausleuchten der Szenerie vor dem Fahrzeug mit Infrarotlicht ermöglicht es, die Fahrzeugumgebung auch bei Dunkelheit sicher zu erfassen. Im Gegensatz zu laserbasierten Assistenzsystemen, die mit gepulstem Licht arbeiten, verwenden die oben genannten Systeme vorwiegend permanent arbeitende Lichtquellen. In den letzten Jahren haben sich Effizienz und Helligkeit solcher IRED-Lösungen stark verbessert. Gleichzeitig wurden die Größe und Systemkosten kontinuierlich verringert. Diese Entwicklung hat maßgeblich dazu beigetragen, die Implementierung IRED-basierter Sicherheitssysteme im Automobilmarkt zu beschleunigen.

IRED mit einer Wellenlänge von 850 nm werden vorwiegend für Außenanwendungen verwendet. Der Grund dafür ist das menschliche Wahrnehmungsvermögen: Infrarotlicht, das in einem Wellenlängenbereich unterhalb von 900 nm liegt, ist für das menschliche Auge als rotes Leuchten (sog. „Red Glow“) wahrnehmbar. Während dies bei Systemen im Außenbereich nicht problematisch ist, wäre es für Anwendungen im Fahrzeuginneren störend. In diesem Bereich wird deshalb Infrarotlicht mit 940 nm verwendet, da dieser Spektralbereich vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen wird.

Eine typische Anwendung für IRED mit 940 nm ist die Fahrerüberwachung: Ein Kamerasystem mit Infrarotausleuchtung überwacht dabei das Gesicht und die Blickrichtung des Fahrers. Das System kann die Aufmerksamkeit des Fahrers zurück auf den Verkehr lenken, wenn er nicht direkt auf die Straße blickt. Es kann auch erkennen, wenn der Fahrer müde wird, und ihn rechtzeitig warnen – eine große Verbesserung der Verkehrssicherheit. Darüber hinaus können Erkennungssysteme beispielsweise die Sicherheit für Fahrzeuginsassen dadurch verbessern, dass die Ausrichtung der Airbags automatisch auf die Sitzposition der Mitfahrer eingestellt wird. Auch die Gestenerkennung sorgt für mehr Sicherheit. Denn sie vereinfacht nicht nur die Handhabung von Autosystemen, sondern verringert auch die Zeit, in der der Fahrer abgelenkt wird und nicht auf die Straße schaut.

Neben ihrer höheren Leistung und Effizienz liefert die neueste Generation von 940-nm-IRED-Komponenten, beispielsweise die Oslon Black Produktfamilie, hohe optische Pulsleistung sowie eine große Auswahl von Abstrahlwinkeln. Sie ermöglichen Systementwicklern, für praktisch jede Anwendung die richtige IRED auszuwählen, ohne dass eine zusätzliche Optik installiert werden muss.

Wegbereiter für (semi-)autonomes Fahren

Eine weitere Automobiltechnologie, bei der unsichtbares Licht zum Einsatz kommt, ist LiDAR (Light Detection And Ranging). LiDAR arbeitet nach dem Prinzip eines Radars, verwendet jedoch Lichtpulse, die von einer Infrarot-Laserdiode emittiert werden. Die jüngsten Entwicklungen haben LiDAR-Systeme hervorgebracht, die durch den Einsatz mehrerer, perfekt aufeinander ausgerichteter Hochleistungs-Laserstrahlen ein genaues, dreidimensionales Bild der Fahrzeugumgebung generieren. Dies dient schließlich dazu, geeignete Fahrmanöver zu initiieren.

Biometrie hält Einzug in der Automobilindustrie

Anwendungen in den Bereichen Mobil- und Consumer-Technologie haben den Fortschritt in der Entwicklung biometrischer Identifikation stark beschleunigt. Nun erobern diese Systeme auch die Automobilindustrie, wie beispielsweise beim aktuellen Konzeptfahrzeug „Snap“ von Rinspeed auf der CES und dem Genfer Automobilsalon zu sehen war. Vom Fingerabdruck- über Iris-Scan und Gesichtserkennung gelten die biometrischen Verfahren als ausgesprochen zuverlässig, sicher und benutzerfreundlich. Viele Automobilhersteller erwägen bereits, derartige Systeme für einen sicheren Fahrzeug-Zugang, Fahrererkennung oder den Zugriff auf Datensystemen im Fahrzeug einzusetzen.

Eine helle und vollständige Ausleuchtung des Gesichts sind besonders wichtig für die Gesichtserkennung sowie ebenfalls für Augenverfolgungssysteme („Eye-Tracking“) in Fahrzeugen. Die neuesten IRED-Lösungen, mit typischen Wellenlängen von 810 nm bis 940 nm, sind entscheidend für das hohe Qualitäts- und Kontrast-Niveau, das für biometrische Systeme benötigt wird. Die Fortschritte bei der Miniaturisierung, ein reduzierter Stromverbrauch sowie niedrigere Kosten beschleunigen die Akzeptanz im Markt zusätzlich.

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