Brighter, faster, further

First at Le Mans, then in the Audi R8 LMX on the road: A tiny light source in the four rings’ new laser high-beam headlights doubles the lighting range.
By Hermann J. Müller (copy) & The Scope (CGI).

  • LED low beam

  • LED high beam

  • LED laser spot

After his first night shift at the wheel of the new Audi R18 e-tron quattro, two-time Le Mans winner and Audi works driver Marcel Fässler had literally seen the light: “I’ve never had such good lighting. It’s not just one step forward, it’s three: The laser light is brighter, more focused and more precise.” Anyone witnessing the test sessions in Le Castellet, France, and seeing how the high-beam spots on the LMP Audi turned night into day would readily agree. The brilliant illumination on show—more like cannons of light marking out the nighttime track—was nothing like conventional headlights. Laser light is highly focused, produces little scatter, and yet has a long range and reduces the risk of dazzle for other road users.

The technology isn’t altogether new. Fifty-four years ago, US physicist Theodore Maiman came up with a bright invention: Laser, an acronym for “light amplification by stimulated emission of radiation,” differs from conventional light above all in that it doesn’t occur in nature. Unlike natural light sources, the electromagnetic laser beams are focused on a single wavelength, making them much more intensive and opening up a host of innovative applications. Soon, laser was being used in areas from cancer treatment to earth rotation measurement, from laser pointers to light shows. Laser is now about to make its debut on the race track—at the Le Mans 24 Hours in the Audi R18 e-tron quattro—and shortly afterward on the road. The limited-edition 570-horsepower Audi R8 LMX, of which just 99 units will be built, is the first production model in the Audi range to have laser high beams.

But neither Le Mans visitors nor other car drivers need fear lasting eye damage from Audi’s new lights, despite those ominous laser warning labels on consumer electronics products. Stephan Berlitz, Head of Development for Lighting Functions and Innovations at Audi, explains: “What comes out at the front is produced by laser, but it’s then converted into normal light.” Which sounds easier said than done: Four laser diodes with a diameter of just 300 micrometers are integrated in a radiation-tight aluminum module, each producing a laser beam with a wavelength of 450 nanometers. These project the blue beams onto a mirror, which reflects them onto a phosphor converter the size of a pinhead. There, the focused beam is refracted and converted into normal white light with a color temperature of 5,500 Kelvin, creating comfortable conditions for the human eye with the same outstanding contrast as LED light.

Audi R8 LMX Coupé

Engine Audi R8 LMX Coupé with V10 direct-injection gasoline engine (419 kW).

Drive/transmission quattro permanent all-wheel drive, 7-speed S tronic.

Standard equipment includes LED headlights with Audi Laser Light, ceramic brakes with red anodized brake calipers, sports exhaust system with high-gloss black rounded tailpipes, rear wing and diffuser in matte carbon, R8 bucket seats with backrest covers painted in Audi exclusive, R8 multifunction leather sports steering wheel in 3-spoke design with aluminum-look shift paddles, Bang & Olufsen Sound System.

Audi R8 LMX Coupé fuel consumption urban/extra-urban/combined (in l/100 km): 19.9/8.6/12.9. CO2 emissions (in g/km): 299, EU5.

As with halogen or LED lamps, the light is then recaptured via a reflector and formed into a cone of light. Thanks to its small exit angle of just two degrees, the cone has a range of 500 meters, putting previous high-beam lights virtually in the shade. Says Stephan Berlitz: “Key to the long range is the fact that we get a lot of light from a very small point. We can focus the four lasers perfectly on one point and, thanks to the small light exit area, the light cone can be calculated relatively easily.”

All-laser headlight units won’t be around any time soon, if at all. Laser doesn’t make sense for diffuse low-beam illumination—and even for normal high-beam lighting, the LED Matrix beam with individually controllable LEDs will remain the standard for the moment. Stephan Berlitz: “It could be done with a correspondingly large number of laser diodes, but at ten times the price.” However, laser light is a great solution as a supplement to normal high-beam lighting. In the production car, the laser spotlight is activated upward of a speed of 60 km/h and is linked to a high-beam assist system. The system’s camera can differentiate accurately between relevant and non-relevant light sources and so respond faster to other road users. Prof. Ulrich Hackenberg, Member of the Board of Management for Technical Development at Audi: “The transfer of laser headlights to the Audi R8 LMX underscores our leading position in lighting technology. For customers, it means a gain in safety and genuine Vorsprung durch Technik.”

Audi lighting technology at Le Mans

The extreme conditions of the Le Mans 24 Hours make the race an ideal proving ground for new technologies. With drivers hurtling around the track at top speeds of up to 340 km/h, even in the darkest of night, lighting is mission-critical for the race teams. Audi has raised the bar in lighting technology at Le Mans several times before: In 2006, Audi entered the first race car with LED daytime running lights. In 2010, LEDs also took on the role of high-beam headlights in the Audi R15 TDI, and, in 2011, Audi used full LED headlights for the first time, building them into the Audi R18 TDI. Last year, “smart” headlights with Audi Matrix LED technology turned heads at the classic endurance race.

“Audi is the trendsetter in lighting technology.”
Prof. Dr. Ulrich Hackenberg

More information on Audi Laser Light at
laser module, 450 nm laser beam, laser diodes, converter

أقوى، أسرع، أبعد

مصدر صغير للضوء، تم الكشف عنه أولاً في سباق «ليمان» وبعدها في سيارة أودي R8 LMX،
إنها مصابيح الليزر الأمامية التي ابتكرتها أودي وتأتي لتضاعف مدى الإنارة.
بقلم: هيرمان جيه. مولر (النص) و»ذا سكوب» (سي جي آي)

  • مصباح الإنارة المنخفضة

  • مصباح الإنارة العالية

  • نقطة ليزر

بعد جولته الليلية الأولى خلف مقود سيارة أودي R18 e-tron quattro الجديدة، قال مارسيل فاسلير الفائز مرتين بسباق «لومان» وسائق «أودي ووركس» أنها المرة الأولى في حياته التي يرى فيها مثل هذه الإضاءة وأضاف: «لم تسبق لي في حياتي رؤية إضاءة بهذه الجودة، فهي لا تسبق السيارة بمسافة قليلة، بل بثلاثة أضعاف المسافة المعهودة: ضوء الليزر أكثر إشراقاً وتركيزاً ودقة. ويوافق على ذلك جميع الذين شهدوا تجارب الاختبار في «لو كاستيليه» بفرنسا، وتسنت لهم رؤية قوة مصابيح الإضاءة العالية على أودي LMP التي أنارت ظلمة الليل لتحوله إلى نهار مشرق. فالإنارة الباهرة التي أشبه ما تكون بمدافع ضوئية تنير ظلمة الحلبة ليلاً، كانت مختلفة كلياً عن المصابيح التقليدية. فإضاءة الليزر تتميز بتركيزها العالي وتنتج معدلاً منخفضاً من تبعثر الإضاءة وتتمتع أيضاً بمدى أطول وتقلص مخاطر إبهار السائقين الآخرين على الطريق. ليست هذه التقنية جديدة بالكامل، فمنذ 54 عاماً، ابتكر الفيزيائي الأمريكي ثيودور مايمان تقنية الليزر الرائدة، وهي اختصار يشير إلى عبارة «تضخيم الضوء بانبعاث الإشعاع المحفز» وتختلف عن الضوء التقليدية بفارق رئيسي أنها لا تحدث بشكل طبيعي. وبخلاف مصادر الضوء الطبيعية، تتركز أشعة الليزر الكهربائية المغناطيسية على طول موجة واحدة، ما يجعل منها أكثر حساسية وانفتاحاً لمجموعة من الاستخدامات المبتكرة. وسرعان ما أصبح الليزر يستخدم في مجالات متنوعة بدءاً من علاج مرض السرطان إلى قياس دوران الكرة الأرضية، ومن أقلام الليزر إلى العروض الضوئية. وها هي أشعة الليزر على وشك دخول حلبات السباق (في سباق «لومان 24 ساعة» على سيارة أودي Audi R18 e-tron quattro) وقريباً على الطريق. وتعد سيارة R8 LMX ذات الإصدار المحدود بمحرك قوته 570 حصاناً التي سيجري بناء 99 سيارة منها، أول نموذج إنتاج في تشكيلة سيارات أودي يتم تزويدها بمصابيح الليزر للإنارة العالية. بيد أن جمهور سباق «لومان» وسائقي السيارات الأخرى ليس عليهم أن يخشوا التعرض لضرر دائم في العين جراء مصابيح أودي الجديدة، رغم الملصقات المشؤومة التي تحذر من أشعة الليزر على المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية. ويوضح ستيفان بيرلتز، رئيس قسم تطوير وظائف وابتكارات الليزر في أودي: «ينتج الليزر الإضاءة المنبعثة من المقدمة، ولكنه يتحول بعد ذلك إلى ضوء طبيعي». ولكن قول ذلك يبدو أسهل بكثير من عمله: فهناك أربع باعثات ليزر قطرها 300 مايكرومتر فقط مدمجة في وحدة ألمنيوم لتتقيد الأشعة، وينتج كل واحد منها شعاع ليزر بموجة طولها 450 نيوتن متر. وتسلط هذه الباعثات أشعة زرقاء على مرآة تعكسها على محول من الفوسفور بقياس رأس الدبوس. وهناك، يجري عكس الأشعة المركزة وتحويلها إلى ضوء أبيض طبيعي بحرارة لونية قدرها 5500 كالفن، لتوفر بذلك ظروفاً مريحة للعين البشرية، يتميز بنفس التباين المذهل الذي يوفره ضوء LED.

وكما في حالات مصابيح الهالوجين أو LED، تجري بعد ذلك إعادة التقاط الضوء عبر نظام عاكس وتحويله إلى مخروط ضوئي. وبفضل زاوية خروج قدرها درجتين فقط، يوفر المخروط مدى قدره 500 متر، متفوقاً بذلك على الأضواء العالية السابقة. ويقول ستيفان بيرلتز: «يتجسد سرّ المدى الطويل في حقيقة أننا نحصل على إضاءة قوية من نقطة في غاية الصغر. وبوسعنا تركيز إشعاعات الليزر الأربعة بشكل مثالي على نقطة واحدة، وبفضل منطقة خروج الضوء الصغيرة، يمكن حساب مخروط الضوء بسهولة نسبية.

أودي R8 LMX كوبيه

المحرك: تأتي سيارة أودي R8 LMX كوبيه مزودة بمحرك V10 بتقنية الحقن المباشر ويعمل بالبنزين (570 حصان). الدفع: نظام نقل حركة «كواترو» بالدفع الرباعي الدائم، 7 سرعات S tronic. تتضمن المعدات القياسية مصابيح LED مع أضواء الليزر من أودي، ومكابح السيراميك مع أقراص كبح حمراء مضادة للتأكسد، نظام عادم رياضي مع مداخن دائرية سوداء عالية اللمعان، جناح خلفي مع ديفيوزر من الكربون بدون لمعة، مقاعد R8 المجوفة مع أغطية لمساند الرأس مطلية بطلاء أودي الحصري، مقود R8 رياضي من الجلد ومتعدد الوظائف بثلاثة تصاميم حصرية مع دواسات السرعة من الألمنيوم، نظام صوت «بانغ أند أولفسن». معدل استهلاك أودي R8 LMX كوبيه للوقود في المدينة/ خارج المدينة/ الاثنان معاً (باللتر لكل 100 كيلومتر) 19.9/8.6/12.9. انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (غرام للكيلومتر): 299، EU5.

ولكن وحدات المصابيح الأمامية المزودة بالليزر بالكامل لن تتوفر قريباً، هذا إذا توفرت. فأشعة الليزر لا تبدو خياراً منطقياً لنشر شعاع الإضاءة المنخفض، وستبقى مصابيح LED Matrix المزودة بوحدات LED يتم التحكم بها فردياً خياراً قياسياً في الوقت الراهن. ويضيف ستيفان بيرلتز: «يمكن إنجاز ذلك في المقابل باستخدام عدد كبير من باعثات الليزر، ولكن ذلك يكلف عشرة أضعاف السعر». وبكافة الأحوال، يشكل ضوء الليزر حلاً رائعاً كمكمل لإضاءة المصابيح العالية الطبيعية. وفي السيارة قيد الإنتاج، يتم تشغيل بقعة ضوء الليزر بعد سرعة 60 كيلومتراً في الساعة، وترتبط بنظام مساعدة الإضاءة العالية. ويمكن لكاميرا النظام أن تفرّق بدقة بين مصادر الضوء ذات الصلة أو غير ذات الصلة، وبالتالي الاستجابة بسرعة أعلى للسيارات الأخرى على الطريق. ويقول الأستاذ الدكتور أولريش هاكنبيرغ، عضو مجلس الإدارة للتطوير التقني في أودي: «يؤكد تزويد سيارة أودي R8 LMX بمصابيح الليزر الأمامية على مكانتنا الرائدة في مجال تكنولوجيا الإضاءة، إذ يشكل ميزة على صعيد السلامة وتجسيداً حقيقياً لفلسفة أودي «التقدم عبر التكنولوجيا».

تكنولوجيا أودي للإضاءة في سباق «لومان»

تأتي الظروف القاسية التي يشتهر بها سباق «لومان 24 ساعة» لتجعل من السباق بيئة مثالية لاختبار التقنيات الجديدة. ففي هذا الحدث الذي يتسابق فيه السائقون حول المسار بسرعات قصوى تصل حتى 340 كيلومتراً بالساعة حتى في أحلك ظلمات الليل، تشكل الإضاءة عاملاً بالغ الأهمية بالنسبة لفرق السباق. وقد أرست أودي معايير جديدة للإضاءة في سباق «لومان» لمرات عديدة سابقة: ففي عام 2006، دخلت أودي السباق بسيارة مزودة بتقنية مصابيح LED التي تعمل طوال النهار. وفي عام 2010، حلت مصابيح LED مكان مصابيح الإضاءة العالية في سيارة أودي R15 TDI، بينما استخدمت أودي في عام 2011 مصابيح LED الكاملة للمرة الأولى، وزودت بها سيارة R18 TDI. أما العام الماضي، خطفت المصابيح الذكية المزودة بتقنية أودي Matrix LED في سباق القدرة الكلاسيكي.

«ترسي أودي معياراً جديداً في مجال تكنولوجيا الإضاءة».
الأستاذ الدكتور أولريش هاكنبيرغ

More information on Audi Laser Light at
laser module, 450 nm laser beam, laser diodes, converter