Entwicklung von Smart Optics mittels Simulation: Wie AR-Innovationen zum Marktvorteil führen

AR- und VR-Anwendungen bringen Veränderungen in vielen Branchen und eröffnen neue Dimensionen der Mensch-Maschine-Interaktion. Ob in der Medizintechnik, bei industriellen Anwendungen und der Fernwartung von Systemen, in Fahrzeugcockpits oder im Entertainment – immersive Technologien schaffen Effizienz, Sicherheit und neue Geschäftsmodelle. Die technischen Herausforderungen sind jedoch signifikant.

Denn: Entscheidend sind nicht nur leistungsstarke Prozessoren oder Displays – vor allem Smart Optics machen den Unterschied. Geräte müssen leicht, komfortabel und optisch präzise sein, um ein realistisches, schwindelfreies Nutzererlebnis zu bieten. Um dies zu erreichen, benötigen Unternehmen modernste Design- und Simulationswerkzeuge sowie eine durchdachte Entwicklungsstrategie. 

Für Technologieführer ist die Botschaft klar: Wer heute in AR/VR investiert, gestaltet den Markt von morgen. FlexEnable zeigt eindrucksvoll, wie intelligente Optik und strategische Simulationstechnologie echte Wettbewerbsvorteile schaffen:

• Sicherung der Innovationsgeschwindigkeit: Simulation verkürzt Entwicklungszyklen drastisch.
• Technologie beherrschbar machen: Komplexe optische Systeme werden planbar.
• Wettbewerb durch F&E-Effizienz gewinnen: Weniger Prototypen, mehr Wirkung.
• Positionierung als Anbieter von Schlüsseltechnologie: FlexEnable liefert Lösungen, die Differenzierung im Markt ermöglichen.

Warum Bildqualität und Lichtsteuerung geschäftskritisch sind

FlexEnable hat eine Technologie entwickelt, die AR/VR-Geräte revolutionieren kann: ultradünne, flexible Flüssigkristalllinsen (LC-Linsen), die Licht aktiv lenken, modulieren und fokussieren. Diese Linsen ermöglichen eine dynamische Anpassung der Bildtiefe – ein entscheidender Faktor für überzeugende immersive Erlebnisse. Nur wenn virtuelle Objekte korrekt im Raum fokussiert erscheinen, entsteht ein glaubwürdiger Eindruck. Gleichzeitig reduziert die Technologie das Gerätegewicht drastisch, ein Plus für den Tragekomfort.

Die LC-Linsen basieren auf optischen Kunststoffsubstraten (TAC – Triacetatcellulose). Mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometern und einem Gewicht von einem Bruchteil eines Gramms können die LC-Linsen auch gestapelt werden, um die Brennweite zu erhöhen oder zusätzliche Funktionen wie Umgebungs-Dimmen zu integrieren. Dadurch wird AR auch unter wechselnden Lichtbedingungen zuverlässig nutzbar.

Simulation als strategischer Gamechanger

Was FlexEnable besonders macht, ist nicht nur die Hardware, sondern auch der Weg dorthin. Statt auf langwierige Trial-and-Error-Prototypen zu setzen, nutzt das Unternehmen Simulation als zentrales Entwicklungswerkzeug. Mit Softwarelösungen von Ansys, insbesondere Zemax und Lumerical, werden optische Designs virtuell getestet, optimiert und validiert, bevor überhaupt ein physischer Prototyp entsteht.

Flüssigkristalle sind von Natur aus asymmetrisch. Wenn mehrere Zellen gestapelt werden, kann ein symmetrisches System in zwei Schichten erzeugt werden. Durch Simulationen und Experimente fanden die Spezialisten von FlexEnable heraus, dass dieselben Eigenschaften auch in einer einzelnen Schicht erzeugt werden können, wenn die molekulare Orientierung in verschiedenen Bereichen der Linse optimiert wird.

Dadurch konnten die notwendigen Schichten – und somit die Kosten – reduziert werden. Gleichzeitig wurden entstehende Trübungseffekte in der Optik minimiert und die Gesamtkomplexität verringert. Um dies zu erreichen, bauten die Ingenieure von FlexEnable eine Design-Optimierungs-Pipeline auf, bei der die optische Leistung aus verschiedenen Blickwinkeln simuliert wird. Die Struktur wurde mit Ansys Zemax so optimiert, dass ein symmetrisches Linsenprofil aus der anisotropen Flüssigkristallumgebung entstand. Das Ergebnis war eine einlagige LC-Linse, die auch außerhalb der Achse eine gute optische Leistung liefert.

Von der Idee zum Produkt: Simulation als Entwicklungsstrategie

Bei FlexEnable steht die Simulation am Anfang jeder Produktentwicklung. Simulationen klären, welche Designoptimierungen notwendig sind und welche Änderungen zu welchen Verhaltensweisen führen. Erst danach werden erste Prototypen gebaut, die auch der Validierung der Simulationsergebnisse dienen. Dieser Ansatz spart nicht nur Zeit und Geld. Er erhöht zusätzlich die Erfolgsquote innovativer Ideen, wie das Beispiel der erwähnten einlagigen Linse mit unterschiedlichen molekularen Orientierungen zeigt.

Die Software Ansys Zemax bildet die zentrale Grundlage für eine Vielzahl von Simulationen und wird für verschiedene Designbewertungen herangezogen. So wurde sie beispielsweise auch zur Gestaltung des bildgebenden Teils eines Interferometers verwendet. Dieses wird nun von FlexEnable genutzt, um die optische Leistung von Linsen zu bewerten – sowohl für bildgebende als auch für Beleuchtungsoptiken.

Partnerschaften als Innovationstreiber

Ein entscheidender Erfolgsfaktor für FlexEnable ist die enge Zusammenarbeit mit Technologiepartnern wie CADFEM und Ansys. Die Interoperabilität der Simulationsplattform, beispielsweise über Python-APIs, ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen und eine nahtlose Integration in bestehende Entwicklungsumgebungen. Für Hersteller von AR/VR-Anwendungen bedeutet das: kürzere Markteinführungszeiten, geringeres Risiko und höhere Innovationsgeschwindigkeit.

Über FlexEnable

Die preisgekrönte Technologie von FlexEnable ermöglicht flexible Displays für Unterhaltungselektronik und Flüssigkristalloptiken für AR/VR, Sichtschutz-Bildschirme und intelligente Fenster für die Automobilindustrie. Die FlexiOM™-Materialien für organische Dünnschichttransistoren (OTFT) des Unternehmens ermöglichen zusammen mit seinem einzigartigen Niedertemperaturverfahren die Verwendung von biologisch abbaubaren Kunststoffsubstraten anstelle von Glas, um ultradünne, ultraleichte und anpassungsfähige Oberflächen herzustellen. Mit einer etablierten Lieferkette für die OTFT-Produktion arbeitet FlexEnable an Technologietransfer-Programmen und Massenproduktionen mit mehreren führenden Displayherstellern in Asien sowie an kommerziellen Programme mit einigen der weltweit größten Marken in der Unterhaltungselektronik.

Schauen Sie sich das Interview mit Daniel Jimmerskog (Senior Optical Design Engineer, FlexEnable) an: