L’institut Fraunhofer IOF (Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering) vient de mettre au point une nouvelle génération de phares automobiles aux caractéristiques exceptionnelles : ils vont au-delà des obligations légales et sectorielles aussi bien en termes de puissance lumineuse que de spécifications fonctionnelles, et sont aussi plus compacts et faciles à construire que les dispositifs actuels.

Nous n’en sommes plus aux phares d'une vingtaine de centimètres de diamètre, dotés d’ampoules à filaments et montés sur des tiges de part et d’autre du capot. Ces systèmes d’éclairage étaient la plupart du temps incorporés après la conception du véhicule ; aujourd’hui, les blocs optiques ont toutes les formes possibles pour se fondre parfaitement dans la partie avant de la carrosserie. Le nouveau phare routier segmenté de l'institut Fraunhofer IOF pousse encore plus loin la technologie de l’éclairage. Il permet de minimiser la dispersion de la lumière grâce au développement élaboré d'un projecteur multi-ouvertures.

Assemblage de 200 000 éléments micro-optiques

Le bloc d’ampoule comporte 200 000 ensembles d’éléments micro-optiques contenant 24 LED commutables et 8000 micro-lentilles pour produire une forme optimale de faisceau. Les segments lumineux sont commandés en fonction de données issues de capteurs pour réduire la probabilité d’éblouir les usagers venant en sens inverse, dont les cyclistes et les piétons. Compact et mince, ce bloc optique occupe un volume nettement réduit dans le véhicule par rapport à des solutions d’éclairage plus classiques.

 
Phare routier à LED. Les segments commutables réduisent l’éblouissement
pour les véhicules venant en sens inverse. Image : Fraunhofer IOF.

Le nouveau système possède également une puissance lumineuse supérieure et un meilleur rendement, avec 35 % seulement de perte au passage en feux de croisement. Ces caractéristiques sont excellentes pour des blocs optiques à LED et permettront d'augmenter l'autonomie des véhicules électriques sur lesquels ils seront montés.

 
Les nombreuses petites lentilles rectangulaires en polymère permettent
d’obtenir un faisceau lumineux précis. Image : Fraunhofer IOF.

Phares nouvelle génération

Le projecteur est constitué de deux modules, comportant chacun sept groupes de LED pouvant être commandés individuellement. La lumière émise est focalisée par quatre lentilles de collimation sur deux batteries de lentilles en tandem. Ces éléments micro-optiques assurent la diffusion de la lumière de chaque LED. Des milliers de micro-lentilles guident précisément la lumière vers un segment d’éclairage. Il est possible d’activer ou de désactiver cette fonction en une fraction de seconde en contrôlant individuellement les LED par groupes de 24. En raison de ce petit nombre d’éléments, les coûts sont maintenus dans les limites voulues.

Pour obtenir une modélisation plus précise de la lumière, les chercheurs ont utilisé des lentilles rectangulaires en polymère de différentes dimensions. La plus petite d'entre elles fait à peine 0,045 x 0,180 mm. Pour les produire, l'institut Fraunhofer IOF a développé sa propre méthode de production à l’aide d'un système de lithographie en nuances de gris baptisé High Five. Ce système permet non seulement de produire des microstructures extrêmement fines, mais également d'obtenir les profondeurs relativement grandes (jusqu'à 100 µm) nécessaires pour orienter de manière optimale la luminance offerte par les LED.

L’institut Fraunhofer IOF présentera le prototype lors du prochain salon LASER World of PHOTONICS, à Munich du 24 au 27 juin.