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Vorrichtung zur blendungsfreien Pahrzeugsbeleuchtung Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum blendungsfreien Führen eines Fahrzeugs.
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Das blendungsfreie Führen eines Fahrzeugs stellt bei der zunehmenden
TJotorisierung und bei der immer größer werdenden Verkehrsdichte ein erstrebenswertes
Ziel dar. Dies gilt besonders deshalb, weil im Verkehr Unfälle sich oft dann ereignen,
wenn ein Fahrzeuglenker geblendet wird.
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Die Ausstrahlung von polarisiertem Licht durch die Scheinwerfer, wie
sie in den VII-Nachrichten Nr. 49/3, Dezember 1969, vorgeschlagen wurde, bringt
wenig Erfolg, weil einerseits das einfallende polarisierte Fremdlicht nicht weitgehend
genug unterdrückt werden kann, denn der für die Auslöschung erforderliche Winkel
von 90 ° zwischen den Polarisationsebenen des Lichtes und des Filters kann infolge
der Fahrzeugsbewegungen nicht eingehalten werden, und weil andererseits alle im
Verkehr befindlichen Fahrzeuge mit Polarisationsfiltern und polarisierten Lichtquellen
ausgerüstet werden müßten.
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Die Verwendung von totalreflektierenden Prismen hat sich als nicht
durchführbar erwiesen, da durch diese die blendende Lichtquelle für den Beobachter
ganz abgedeckt wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum blendungsfreien
Führen eines Fahrzeugs anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungogemäß dadurch gelöst, daß vor dem PahrzeugleIlker
am oder im Fahrzeug ein zeitlich die Lichtdurchlässigkeit zum Fahrzeuglenker änderndes
Filter vorgesehen ist.
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Durch die Anordnung eines die Lichtdurchlässigkeit verändernden Filters
kann eine weitgehende Unterdrückung des blendenden Fremdlichtes unabhängig von dessen
physikalischer Natur vorgenommen werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Filter
als Schirm ausgebildet, der bei Bedarf pulsartig und gesteuert zwischen nahezu vollständiger
und stark reduzierter Lichtdurchlässigkeit schwankt.
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Die Ausbildung des Filters als Schirm erlaubt seine einfache Anbringung
am oder im Fahrzeug. Beispielsweise kann die ganze Windschutzscheibe oder mindestens
deren vor dem Führer des Fahrzeugs gelegene Teil ;-t dem Schirm bedeckt werden.
Es ist aber auch möglich, den Schirm in Form einer Brille für den Fahrzeugführer
auszubilden. Schließlich kann der Schirm auch noch als Einsatz für eine normale
Brille, die von einem mit einem Augenfehler behafteten Fahrer getragen ird, vorgesehen
sein. Die pulsartige und gesteuerte Lichtdurchlässigkeit des Schirmes erlaubt einmal
eine einfache Anordnung, da periodische Signalformen verwendet werden können, und
zum anderen eine Anpassung der Lichtdurchlässigkeit des Schirmes an die jeweiligen
Verhältnisse.
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In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Scheinwerfer
des Fahrzeugs synchron oder annähernd synchron mit der Lichtdurchlässigkeit des
Schirmes Licht abgeben, derart, daß in den Zeitabschnitten, in denen der Schirm
lichtdurchlässig ist, die Scheirnverfer Licht abgeben.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus de
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhalld der Figuren.
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Bs zeigen: Figur 1: Bin Blockschaltbild der erfindungsgemaßen Vorrichtung
Figur
2: Den zeitlichen Verlauf der Eigenlichtimpulse 3, wobei b die Impulsdauer, T die
Wiederholungsperiode, und b/T das Tastverhältnis bezeichnen, Figur 3:. Den zeitlichen
Verlauf der Absorption A des Schirmes, wobei mit a die Dauer der Absorptionslücke
bezeichnet ist, Figur 4: Den zeitlichen Verlauf eines Fremdlichtpulses F.
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In Figur 1 bedeutet 1 einen Schirm, der im wesentlichen aus einer
dünnen Schicht aus einem Material, insbesondere einem Halaleitermatorial, besteht,
dessen Lichtdurchlässigkeit bzw.
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Lichtabsorption mittels auf dieser aufgebrachter Elektroden und einer
an diese angelegten elektrischen Spannung gesteuert werden kann. Diese Elektroden
sind zweckmäßigerweise durchsichtige, leitende Folien. Die steuernde Spannung wird
von einem Impulsgenerator 2 geliefert, der in bestimmten zeitlichen Abständen Spannungs-
bzw. Stromimpulse abgibt. Der Impulsgenerator 2 wird von einem Steuergerät 3 gesteuert,
das die zeitliche Polge der Impulse und auch deren Höhe bzw. Stärke oder Form bestimmt.
Die Scheinwerfer 4 des Fahrzeuges sind nach der Erfindung mit Lichtquellen 5 ausgerüstet,
die eine Folge von kurzen Lichtblitzen erzeugen, deren Stärke, Dauer und zeitlicher
Abstand so eingerichtet sind bzw. gesteuert werden, daß die für das Auge des-Fahrzeuglenkers
wirksame mittlere Beleuchtung der. Fahrbahn und deren Umgebung die erforderliche
Stärke hat. Auch diese Blitzlichtquellen werden vom Steuergerät 3 gesteuert, und
zwar so, daß. der Schirm 1 gerade so lange lichtdurchlässig ist, wie der Lichtimpuis
der Scheinwerferlampen 5 andauert, so daß der Pahrzeuglenker die Fahrbahn und deren
Umgebung im Mittel in ausreichend starker Beleuchtung sehen kann. Die Impulse folgen
minbestens so schnell aufeinander, daß die Trägheit des Auges des Pihrzeugl¢nkera
den Lichtwech8el nicht bemerkbar werden läßt.
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Sine Potozelle 7, die an geeigneter Stelle am Fahrze&, beisp.ielsweise
neben dem Schirm 1, angebracht ist, mißt d von entgegenkommenden Fahrzeugen ausgestrahlte
Licht- nach Intensität
und zeitlichem Verlauf, beispielsweise wenn
dieses ebenfalls von impulsgesteuerten Blitzlichtlampen stammt, und führt diese
Beßergebnisse dem Steuergerät 3 zu. Dieses wertet die Meßergebnisse mittels einer
elektronischen atenverabeitungschaltung so aus, daß die an den Impulsgenerator 2
und an eine Impulsstromquellc 6 gegebenen Steuerimpulse in geeigneter Weise an die
Folge der Freindlichtimpulse angepaßt werden, beispielsweise derart, daß der Schirm
1 während des Auftretens der Fremdlichtimpulse immer gerade lichtundurchlässig ist.
Ist das Fremdlicht nicht gepulst sondern ein Dauerlicht, so wird nach der Erfindung
durch ein ausreichend kleines Verhältnis von Impulsdauer der Beleuchtung durch die
Scheinwerferlampen 5 und der synchronen LichtdurcllAässigkeitsdauer zum zeitlichen
Abstand der Impulse, d. h. der Pulsperiode, dafür gesorgt, daß nur ein diesem sogenannten
"Tast"verhältnis entsprechend geringer Anteil des Premdlichtes durch den Schirm
1 in das Auge des Fahrzeuglenkers gelangt und auch in diesem Falle keine unzulässige
Blendung eintritt, die Scheinwerfer der entgegenkommenden Fahrzeuge jedoch wahrgenommen
werden können. Auch bei gepulstem Fremdlicht kann durch geeignete Steuerung ?.ttels
des Steuergerätes 3 in Zusamanhang mit der Fotozelle 7 soviel Fremdlicht durch den
Schirm 1 gelassen werden, daß die Scheinwerfer der entgegenkommenden Fahrzeuge wahrgenommen
werden können.
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Als Zahlenbeispiel sollen folgende Werte zur näheren Erläuterung der
Erfindung anhand der Figuren 2 bis 4 angegeben werden: Blitzlichtlampen können Lichtblitze
von etwa b = 0,1 ms Dauer abgeben, deren Lichtstärke bis zu 100fach stärker als
das normale Gleichlicht eines handelsüblichen Autoscheinwerfers ist.
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Folgen die Lichtblitze im zeitlichen Abstand von T = 10 ms auf einander,
so wird für das Auge des Beobachters die mittlere Lichtintensität um den Faktor
10 ms/O,1 ms = 100 herabgesetzt, also der sonst üblichen Intensität des Gleichlichtes
angeglichen. Der zeitliche Verlauf der Liehtimpulge ist in Pigur 2 wiedergegeben.
Die Absorption des Schirmes 1 wird nach Figur 3 durch die Steuerung wie anhand der
F a bereits erläutert wurde, zeitlich so verändert, daß während der Dauer der Lichtimpulse
der eigenen Scheinwerf.er 5 die. Absorption gering, { ährend
der
übrigen Zeit jedoch hinreichend stark ist. Die Dauer a der sogenannten Absorptionslücken
wird zweckmäßigerweise etwas größer als die Dauer der Lichtimpulse gemacht, damit
bei geringfügigen zeitlichen Verschiebungen zwischen den beiden Impuls bereichen
(Fig. 2 und 3) möglichst kein Licht für die Beobachtung der eigenen Fahrbahn verloren
geht.
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Kommt ein Fahrzeug entgegen, dessen Scheinwerfer mit Gleichlicht betrieben
werden, so gelangt infolge des Absorptionsverlaufes im. Schirm nach Fig. 3 nur ein
Bruchteil a/T des Fremdlichtes in das Auge des Beobachters, so daß keine Blendung
auftritt. Durch ein geeignetes Verhältnis der Absorptionslücken a zur Wiederholungszeit
T und durch ein geeignetes Verhältnis der vollen Absorptionshöhe zur Restabsorption
in der Lücke kann der Restbetrag des Fremdlichtes auf einer Höhe gehalten werden,
die eine blendungsf-reie Wahrnehmung der entgegenkommenden Scheinwerfer gewährleistet.
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Kommt ein Fahrzeug entgegen, dessen Scheinwerfer ebenfalls mit gepulstem
Licht arbeiten, so nimmt die Fotozelle 7 die Impulse auf und führt dem Steuergerät
entsprechende Steuerimpulse zu.
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Liegen die Fremdlichtimpulse zeitlich so, daß sie in die Zeit fallen,
während de der schirm die volle Absorption besitzt, wie in Fig. 4 dargestellt, so
werden diese Lichtimpulse vom Beobach-ter hinter dem Schirm 1 nur in einem stark
reduzierten Maße wahrgenommen, welches von der Höhe der einfallenden Premdlichtimpulse
abhängt. Da die Pulse der Steuergeräte 3 in den beiden Fahrzeugen im allgemeinerllxicht
synchron sind, wird sich die Lage der Fremdlichtimpulse gegenüber den Eigenlichtimpulsen
und damit auch gegenüber den Absorptionslücken (Fig. 3) allmählich verschieben.
Wenn die Premdichtimpuse schließlich zeitlich in die Absorptionslücken fallen, würde
annähernd das volle Freindlicht in das Auge des Beobachters gelangen und es würde
eine Blendung auftreten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß das Steuergerät
3 die von der Fotozelle 7 aufgenommenen Impulse nach Fig. 4 derart auswertet, daß
bei zeitlicher Annaherung der Fremdlichtimpulse an die AbßorptionslUcken die eigene
Impulsfolge (Fig. 2 und 3) so verschoben wird, daß keine zeitliche Deckung der Fremdlichtimpulse
mit; den Absorptionslücken auftritt.
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Wenn mehrere gepulste Fremdlichtquellen entgegenkommen, deren Lichtpulse
sich im allgemeinen verschieden rasch oder gegenläufig zum eigenen Licht- bzva.
Absorptionspuls verschieben, werden erfindungsgemäß die von der Fotozelle 7 gelieferten
Lichtimpulse im Steuergerät 3 so ausgewertet, daß bei zeitlicher annäherung eines
Fremdlichtimpulses an die Absorptionslücke kurz vor dem Eintreten der zeitlichen
Deckung die zeitliche Lage des nächsten Absorptionsimpulses und dann auch die des
Eigenlichtimpulses sprunghaft um einen passenden kleinen Zeitschritt verschoben
wird, und zwar in der Richtung auf den sich nähernden Fremdlichtimpuls zu, so daß
dieser die Absorptionslücke überspringt.
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Sind viele gepulste Fremdlichtquellen vorhanden, so ist es nach der
Erfindung möglich, nur die jeweils stärksten Fremdlichtimpulse zu berücksichtigen,
was durch einen auf die von der Fotozelle 7 kommenden Impulse ansprechenden, an
sich bekannten Amplitudendiskriminator erzielt werden kann. Im übrigen werden Fremdlichtimpulse,
die sich in ihrer Frequenz von der des Eigenlichtimpulses unterscheiden, nur wenige
Male koinzidierende Impulse aufweisen und es wird daher nur ganz kurzzeitig etwas
Fremdlicht durch den Schirm gelassen, so daß eine Blendung vermieden wird. Nur bei
fast vollständigem Synchronismus beider Pulse würde eine Blendung zu befürcilten
sein; der Synchronismus wird jedoch durch das vorstehend beschriebene Verfahren
verhindert.
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Die Steuerung mittels der Fotozellen wirkt übrigens in den erfindungsgemäßen
Anlagen beider sich begegnender Fahrzeuge im gleichen Sinne, denn die Phasensprünge
der Pulse werden in beiden Anlagen bei zeitlicher Annäherung der Impulse im entgegengesetzten
Zeitsinn erfolgen, d. h. die beiden Impulse überspringen sich gegenseitig. Dies
tritt allerdings auch nur dann ein, wenn die beiden Anlagen bezüglich des Annäherungskriteriums
genau gleich sind; andernfalls springt einer der beiden Pulse zuerst und enthebt
die andere Anlage der Notwendigkeit, einen Phasensprung auszuführen.
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Das technisch wichtigste Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Schirm 1. Es ist bekannt, daß viel Stoffe, insbesondere Halbleiter, durch
elektrische und/oder magnetische Einwirkung in ihrer Lichtabsorption beeinflußt
werden können, Beispielsweise beruht die Lichtabsorption darauf, daß die in den
Stoff einfallenden Lichtquanten ihre Energie entweder an bereits vorhandene Ladungsträger
abgeben oder mittels ihrer Energie neue Ladungsträger bilden.
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Nach der Erfindung wird durch elektrische Einwirkung auf das Schirminaterial
die Zahl bzw. die Dichte der vorhandenen Ladungsträger so verändert, daß zeitweise
keine oder nur wenige Ladungsträger vorhanden sind, so daß einfallendes Licht nicht
oder nur wenig absorbiert wird und der Schirm durchsichtig erscheint. Diese Zeiten
sind in Fig.3 als Absorptionslücken gekennzeichnet. Während der übrigen Zeit sind
im Schirmmaterial Ladungsträger in großer Zahl vorhanden. die durch verschiedene,
an sich bekannte Verfahren, z. B. durch Injektion mittels geeigneter Kontakte und
geeigneter elektrischer Spannungen, oder durch Bildung von Trägerlawinen oder durch
andere Einwirkung elektrischer und/oder magnetischer Pelder in das Schirmmaterial
hineingebracht oder in ihm erzeugt werden.
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Das einfallende Licht kann in an sich bekannter Weise auch dadurch
absorbiert werden, daß die Liehtquanten selbst Ladungsträger erzeugen. Diese entstehen
dabei in der Regel paarweise, d. h. es entsteht je ein negatives Elektron und ein
positives Defektelektron. Die Energie der Lichtquanten muß mindestens so groß wie
die zur Bildung eines Ladungsträgerpaares notwendige Energie (Paarbildungsenergie)
sein. Daher muß diese Paarbildungsenergie an die Wellenlänge der zu absorbierenden
Strahlung angepaßt sein. Es gilt, wenn Ep die Paarbildungsenergie, die Lichtwellenlange,
c die Lichtgeschwindigkeit und h das Plancksche Wirkungsquantum bezeichnen, Ep =
hc/ .
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Die Paarbildungsenergie ist für unterschiedliche Materialien, insbesondere
für Halbleiter verschieden und sie kann außerdem in einem vorgegebenen Material
durch physikalische Einwirkung,
z. B. durch Druck, Temperatur, durch
elektrische und/oder magnetische Felder in an sich bekannter Weise verändert werden.
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Nach der Erfindung wird ein Material für den Schirm verwendet, dessen
Paarbildungsenergie so groß ist, daß die dazu passende Lichtwellenlänge etwas oberhalb
(bzw. unterhalb) des sichtbaren Spektrums - oder eines für die Funktion der erfindungsgemäßen
Einrichtung wesentlichen Teiles desselben - liegt. Diese Paarbildungsenergie wird
durch eine physikalische Beeinflussung, vorzugsweise durch eine elektrische Spannung
bzw.
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durch das dadurch hervorgerufene elektrische Feld im Material um einen
Betrag verringert (bzw. vergrößert), der mindestens so groß ist, daß die Paarbildungsenergie
einer Wellenlänge des Lichtes entspricht, die etwas unteriialb (bzw. oberhalb) des
interessierenden Spektralbereiches liegt. Liegt die der Paarbildungsenergie entsprechende
Wellenlänge oberhalb des interessierenden Spektralbereiches, so erzeugen die Lichtquanten,
deren Wellenlängen in diesem Bereich liegen, Ladungsträgerpaare; sie werden also
absorbiert und der Schirm ist lichtundurchlässig.
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Wird die Paarbildungsenergie erhöht, so daß die entsprechende Wellenlänge
unterhalb des interessierenden Spektralbereiches liegt, so reicht die Lichtquantenenergie
in diesem Bereich nicht zur Paarbildung aus; es werden keine Trägerpaare gebildet
der Schirm erscheint lichtdurchlässig. Je nach den besonderen Eigenschaften des
verwendeten Materials kann die Paarbildungsenergie durch die physikalische Bee nflussung
auch von einem größeren auf einen kleineren Wert verändert werden, wobei der erstere,
grwlere Wert wieder der unteren Grenze des interessierenden Spektralbereiches entspricht
und der Schirm also im unbeeinflußten Zustand lichtdurchlässig ist und durch eine
Beeinflussung des Schirmmaterials lichtundurchlässig gemacht wird.
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Durch relativ kleine Änderungen der paarbildungsenergie kann erfindungsgemäß
auch erreicht werden, daß nur Teile des sichtbarcn Spektrum entweder durchgelassen
oder absorbiert werden, und so dadurch außer der Intensitätsänderung des durch den
Schirm gelangenden Lichtes auch eine Änderung der Farbe hervorgerufen wird. Es kann
beispielsweise durch eine kleine Erhöhung der Paabildungsenergie die Absorption
im roten Bereich des sichtbaren Spektrums teilweise aufgehoben und die Farbe des
Lichtes,
die vorher wegen des Fehlens der roten Komponenten z. B. blau erschien, jetzt durch
Zusatz der roten Komponenten nach weiß oder gelb hin verschoben werden. Eine weitere
Möglichkeit ergibt s-ich dadurch, daß ein Material gewählt wird, dessen Paarbildungsenergie
einer Wellenlänge entspricht, die innerhalb des in Betracht kommenden Bereiches
liegt also z. B. der grünen Farbe zugeordnet ist. Dann läßt der Schirm im unbeeinflußten
Zustand die Komponenten zum Rot hin durch und absorbiert den zum violetten Ende
des Spektrums hin gelegenen Teil, so daß das durchgelassene Licht gelb bis rot erscheint.
Durch Erniedrigen der Paarbildungsenergie werden die zum roten Ende hin gelegenen
Komponenten absorbiert, die Lichtfarbe verschiebt sich - unter Abschvlächung der
Intensität - £um Rot hin; durch Erhöhen der Paarbildungsenergie werden die zum violetten
Ende hin gelegenen Komponenten durchgelassen, das Licht wird - bei steigender Intensität
- weißer.
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18 Patentansprüche 4 Figuren