LED‑Leuchtmittel haben in den vergangenen Jahren klassische Lichtquellen nahezu vollständig abgelöst. Doch ihr Erfolg brachte neue technische Herausforderungen mit sich: LEDs strahlen Licht anders ab als herkömmliche Lampen. Besonders sicherheitskritische Anwendungen – etwa Gefahrenfeuer an Windkraftanlagen, Flugzeugen oder Schiffen – erfordern eine exakt definierte Lichtverteilung, um gesetzlichen Vorgaben zu entsprechen. Um diese Herausforderungen zu meistern, hat die Hochschule Bremen (HSB) im Rahmen des BMBF‑Projekts „eboLED – Enhancement of beamshaping optical elements for LED intensiv“ an neuen Mess‑ und Analyseverfahren geforscht. Aus dieser Arbeit ist ein neues Patent hervorgegangen: die „Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen Analyse eines Prüflings“, angemeldet unter der Nummer 10 2016 209 090.9 beim Deutschen Patent‑ und Markenamt (DPMA).
„LED‑Optiken präzise zu vermessen, ist technisch anspruchsvoll – und für viele Anwendungen absolut sicherheitsrelevant“, sagt Prof. Dr. Friedrich Fleischmann vom Institut für Mikroelektronik, Mikromechanik und Mikrooptik (I3m) der HSB. „Unser Ziel war es, diese Messungen schneller, kompakter und zuverlässiger zu machen.“
Im Projekt eboLED wurden drei eng miteinander verknüpfte wissenschaftliche Themen bearbeitet, die die Forschenden der HSB in kooperativen Promotionen mit der Universität Bremen und der Jacobs University Bremen erfolgreich abgeschlossen haben. Ein zentraler Baustein war das vom Institut für Mikroelektronik, Mikromechanik und Mikrooptik (I3m) der HSB entwickelte Verfahren des Experimental Raytracing (ERT). Dabei wird ein extrem dünner Lichtstrahl auf ein optisches Bauteil gerichtet und hinter dem Prüfling an mehreren Positionen gemessen, um dessen Form oder optische Wirkung zu bestimmen.
Doch genau diese mehrfachen Messungen machten das Verfahren bislang aufwendig: Es benötigte viel Platz, mechanische Verfahrsysteme und lange Messzeiten – ein Hindernis für den industriellen Einsatz.
Das neue Patent löst dieses Problem grundlegend. Die Erfindung nutzt eine spezielle Struktur, die den Lichtstrahl hinter dem Prüfling einfängt und mehrfach reflektiert. Dadurch entsteht eine Reihe von Lichtpunkten, die mit einer Kamera aufgenommen werden. Aus deren Position und Abstand lässt sich der Strahlverlauf rekonstruieren – in nur einer einzigen Messung.
„Wir reduzieren den Messaufwand drastisch und machen ein hochpräzises Forschungswerkzeug erstmals industriegerecht. Das eröffnet völlig neue Anwendungsmöglichkeiten“, sagt der Ingenieur Fleischmann.
Das Projekt eboLED ist am Institut für Mikroelektronik, Mikromechanik und Mikrooptik angesiedelt, das seit vielen Jahren im Forschungscluster „Region im Wandel“ der HSB aktiv ist. Ein Schwerpunkt des Instituts liegt auf optischer Messtechnik, insbesondere auf der Formmessung und Wellenfrontrekonstruktion komplexer optischer Elemente und Freiformen. Ziel ist es, durch präzise Messungen eine Art digitalen Zwilling optischer Bauteile zu erzeugen – also ein vollständiges digitales Abbild ihrer Form und Funktion.
Aktuell arbeitet das i3m unter anderem daran, die optische Wirkung von Gleitsichtbrillen so zu bestimmen, wie sie im Alltag tatsächlich genutzt werden – und nicht nur an normierten Messpunkten.
„Wir wollen Optiken so charakterisieren, wie Menschen sie wirklich erleben. Das ist ein wichtiger Schritt hin zu personalisierten und besser angepassten optischen Systemen“, so der Wissenschaftler.
Darüber hinaus bestehen enge Verbindungen zum HSB-Forschungscluster „Digitale Transformation“, da viele der entwickelten Messverfahren großes Potenzial für den Einsatz spezialisierter KI‑Methoden bieten.
Prof. Dr. Friedrich Fleischmann bei der Arbeit an einem Messgerät im Institut für Mikroelektronik, Mikromechanik und Mikrooptik (I3m) der HSB. Dank des neuen Patents gelingen optische Analysen und Formmessungen an optischen Komponenten jetzt schneller, kompakter und zuverlässiger. Aktuell arbeitet das i3m unter anderem daran, die optische Wirkung von Gleitsichtbrillen so zu bestimmen, wie sie im Alltag tatsächlich genutzt werden – und nicht nur an normierten Messpunkten(zum Herunterladen mit rechter Maustaste klicken und "Grafik speichern unter" wählen).
© HSB - Louisa Windbrake
