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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sichtverbesserung
bei einem Kraftfahrzeug, sowie deren Verwendung in einem Nachtsichtsystem
für ein
Kraftfahrzeug.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 40 32 927 A1 ist eine Vorrichtung zur
Verbesserung der Sichtverhältnisse
in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Dabei wird das mit einer infrarotempfindlichen
Kamera erfasste Bild mit einer als Head-up-Display ausgebildeten
Anzeigevorrichtung als virtuelles Bild der äußeren Landschaft visuell überlagert
und dem Fahrer angezeigt. Ferner ist zur Bestrahlung des von dem
Fahrer erfassten Sichtbereiches in Fahrrichtung wenigstens eine
Strahlungsquelle mit einem Infrarotstrahlungsanteil vorgesehen.
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Derartige
Nachtsichtsysteme (Night-View-Systeme, NV-Systeme), wie sie in der
DE 40 32 927 A1 beschrieben
sind, auf der Basis von Licht mit Wellenlängen im nahen infraroten Wellenlängenbereich
(near-infrared, NIR) beleuchten die Szene vor einem Kraftfahrzeug
mittels Infrarotscheinwerfern (Near-Infrared-Scheinwerfer, NIR-Scheinwerfer) im
allgemeinen mit Fernlichtcharakteristik. Unter bestimmten Bedingungen
kann durch die für
Menschen und die meisten Tiere nicht-sichtbare NIR-Strahlung eine Beeinträchtigung der
Augen von Menschen und Tieren entstehen, die sich im Wirkungsbereich
eines solchen NIR-Scheinwerfers aufhalten. Zur Vermeidung einer
solchen Beeinträchtigung
ist es denkbar, Mindestabstände
für bestimmte
Bestrahlungsstärken
zwischen NIR-Scheinwerfern und Auge abzuleiten, die nicht unterschritten
werden sollten, und beispielsweise durch konstruktive Maßnahmen
gewährleistet
werden.
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Neben
konstruktiven Maßnahmen
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 26 492 A1 ein alternatives
Verfahren bekannt, um eine Beeinträchtigung von Verkehrsteilnehmern
durch NIR-Licht zu gewährleisten.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen bei dem Laserlicht mit einer
Wellenlänge
außerhalb des
sichtbaren Spektrums nur dann abgestrahlt wird, wenn sich das Kraftfahrzeug
in Fahrt befindet. Ferner ist bekannt, NIR-Scheinwerfer erst ab
einer gewissen Mindestgeschwindigkeit, beispielsweise 30 km/h, zu aktivieren.
Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass die Nachtsichtfunktion
eines Nachtsichtsystems bei stehendem Kraftfahrzeug und/oder langsamer
Fahrt nicht verfügbar
ist, obgleich auch hier Situationen vorliegen können, bei der die Nachtsichtfunktion nützlich ist.
Beispielsweise wäre
eine Nachtsichtfunktion bei langsamer Fahrt auf feldwegartigen Straßen oder
engen Nebenstraßen
nützlich.
Ferner wird durch das häufige
Ein- und Ausschalten der NIR-Scheinwerfer deren Lebensdauer beeinträchtigt. Insbesondere
bei einer Stop-and-go-Situation und/oder Fahrsituationen in der
Nähe der
Mindestgeschwindigkeit werden die NIR-Scheinwerfer strapaziert.
Dies kann dazu führen,
dass die Akzeptanz eines derartigen Nachtsichtsystems beim Nutzer
durch diese eingeschränkte
Verfügbarkeit
reduziert wird.
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Hinweise
auf beeinträchtigungsfreies
und gleichzeitig mit hoher Verfügbarkeit
arbeitendes Verfahren zur Verbesserung der Sicht in einem Kraftfahrzeug
fehlen in den vorstehend genannten deutschen Offenlegungsschriften
DE 40 32 927 A1 und
DE 101 26 492 A1 .
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Vorteile der
Erfindung
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Das
nachfolgend beschriebene Verfahren zur Verbesserung der Sicht in
einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat
den Vorteil, dass hierdurch ein beeinträchtigungsfreies und gleichzeitig
mit hoher Verfügbarkeit
arbeitendes Verfahren zur Verbesserung der Sicht in einem Kraftfahrzeug
zur Verfügung
steht. In besonders vorteilhafter Weise trägt das Verfahren dazu bei,
dass eine Beeinträchtigung,
insbesondere eine Augenbeeinträchtigung,
von Lebewesen, beispielsweise Menschen, wie Fußgängern und/oder Radfahrern und/oder
Kraftfahrern, und/oder Tieren, im Beleuchtungsbereich der Lichtquelle
durch die nicht sichtbare Strahlung außerhalb des sichtbaren Spektrums
vermindert wird.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens
in Nachtsichtsystemen in Kraftfahrzeugen, bei denen ein zumindest
im nahen infraroten Spektralbereich empfindlicher Videosensor die
Umgebung des Kraftfahrzeuges aufnimmt und diese Informationen dem
Fahrer angezeigt werden. Gegenüber
den bekannten Verfahren ist eine Mindestgeschwindigkeit für die Aktivierung
des Scheinwerfers und damit des Nachtsichtsystems nicht mehr erforderlich.
Durch das nachfolgend beschriebene Verfahren lässt sich ein Nachtsichtsystem
in vorteilhafter Weise immer aktivieren, wenn ein freier Beeinträchtigungsbereich
detektiert ist, d. h. dass sich im Beeinträchtigungsbereich keine Lebewesen,
insbesondere Personen, befinden. Das nachfolgend beschriebene Verfahren trägt in besonders
vorteilhafter Weise dazu bei, dass die Lebensdauer der verwendeten
Lichtquellen, insbesondere der zumindest im nahen infraroten Wellenlängenbereich
leuchtende Scheinwerfer (NIR-Scheinwerfer), hoch ist und damit eine
hohe Verfügbarkeit
der Lichtquellen und insbesondere des Nachtsichtsystems vorliegt.
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Ein
weiterer Vorteil des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ist, dass
ein hoher Freiheitsgrad bei der Auslegung einer Lichtquelle, die
Licht mit Wellenlängen
außerhalb
des sichtbaren Spektrums abstrahlt, insbesondere eines NIR-Scheinwerfers
bereitstellt, erreicht wird. Beispielsweise sind die Freiheitsgrade
bei der Auslegung der Lichtquelle hinsichtlich abgestrahlter Leistung
und/oder genutztem spektralem Bereich und/oder Leuchtcharakteristik hoch.
Dies trägt
in besonders vorteilhafter Weise dazu bei, dass eine hohe Leistungsfähigkeit
(Performance) der Lichtquelle, insbesondere des NIR-Scheinwerfer, und
damit des Nachtsichtsystems bei niedrigen Kosten vorliegt.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung eines infrarotempfindlichen Sensors,
welcher das Eindringen und/oder das Vorhandensein einer Person in seinem
Detektionsbereich erkennt. Als geeignet haben sich dabei pyroelektrische
Infrarotsensoren erwiesen.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass zusätzlich zum
Infrarotsensor wenigstens ein Ultraschallsensor und/oder wenigstens
ein Radarsensor, der vorzugsweise im Wellenlängenbereich 24 GHz und/oder
77 GHz arbeitet, und/oder wenigstens ein LIDAR-Sensor und/oder wenigstens
ein Videosensor (Videokamera, Kamera) Sensorsignale erzeugt, da
durch die Nutzung dieser im Kraftfahrzeug für andere Funktionen bereits
eingesetzten Sensoren nur geringe Zusatzkosten entstehen, da keine
zusätzlichen
Bauteile (Hardware) erforderlich sind.
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Vorteilhaft
ist die Deaktivierung und/oder Aktivierung der Lichtquelle in Abhängigkeit
des Signals eines Infrarotsensors, da hierdurch eine einfache und preiswerte
Möglichkeit
zur Steuerung der Lichtquelle zur Verfügung steht. In vorteilhafter
Weise wird ferner das Signal wenigstens eines Objekterkennungssensors
zur Deaktivierung/Aktivierung hinzugenommen, wobei bei erkanntem
Objekt und detektierter Infrarotstrahlung eine Steuerung der Lichtquelle
vorgenommen wird.
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Die
Steuerung der räumlichen
und/oder zeitlichen Intensität
des Lichtes der Lichtquelle in Abhängigkeit von dem wenigstens
einen Sensorsignal hat den Vorteil, dass gezielt eine Beeinträchtigung
von anwesenden Objekten reduziert wird, indem die räumliche
und/oder zeitliche Bestrahlung des anwesenden Objektes zumindest
mit Licht mit Wellenlängen
außerhalb
des sichtbaren Spektrums der Lichtquelle einen ungefährlichen
Wert annimmt, z.B. kleiner als ein vorgebbarer erster Grenzwert
ist. Gleichzeitig wird die Funktionalität eines derart ausgestatteten
Nachtsichtsystems in den übrigen
Erfassungsbereichen nicht eingeschränkt. Dies trägt zu einer
hohen Verfügbarkeit
bei.
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Zur
Realisierung werden die Signale anderer entfernungsmessender Sensoren
verwendet, mit deren Hilfe sowohl räumliche Informationen als auch
Informationen über
die zeitliche Bestrahlung der Person gewonnen werden können.
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Die
vorstehend beschriebenen Vorteile des Verfahrens gelten entsprechend
für eine
Vorrichtung zur Verbesserung der Sicht in einem Kraftfahrzeug, sowie
für die
Verwendung der Vorrichtung in einem Nachtsichtsystem in einem Kraftfahrzeug.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit
Bezug auf die Figuren und aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. 1 zeigt
ein Blockdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels, während 2 die
Wirkung der in 1 beschriebenen Anordnung anhand
eines beispielhaften Laserstrahls dargestellt ist.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend
werden ein Verfahren, und eine Vorrichtung zur Verbesserung der
Sicht in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei eine Lichtquelle des
Kraftfahrzeuges einen bestimmten Beleuchtungsbereich beleuchtet.
Wenigstens ein Infrarotsensor des Kraftfahrzeuges überwacht
die Umgebung des Kraftfahrzeuges auf die Anwesenheit von Personen
oder anderen, Wärme
abstrahlenden Lebewesen (im Folgenden unter Personen subsummiert). Die
Lichtquelle wird dabei abhängig
von den Signalen des Infrarotsensors gesteuert, insbesondere aktiviert
bzw. deaktiviert oder derart gesteuert, dass die räumliche
und/oder zeitliche Bestrahlung der detektierten anwesenden Person
zumindest mit Licht mit Wellenlängen
außerhalb
des sichtbaren Spektrums, beispielsweise nahes infrarotes Licht,
in einem für
die Person ungefährlichen
bereich liegt, z.B. kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Raum vor zwei NIR-Scheinwerfern eines Nachtsichtsystems
eines Kraftfahrzeugs durch zwei, den Scheinwerfern zugeordnete,
vorzugsweise im jeweiligen Scheinwerfer verbaute Infrarotsensoren überwacht.
Hierdurch werden Personen, die sich vor den NIR-Scheinwerfern befinden,
detektiert und die NIR-Scheinwerfer deaktiviert. Alternativ zu der
Deaktivierung von beiden NIR-Scheinwerfern
kann auch nur ein Scheinwerfer deaktiviert werden, so dass die Nachtsichtfunktion
des Nachtsichtsystems zumindest in eingeschränktem Maße verfügbar bleibt.
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Alternativ
zur Deaktivierung wenigstens eines NIR-Scheinwerfers wird in einer
Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels
die Leistung der beiden NIR-Scheinwerfer oder wenigstens eines NIR-Scheinwerfers
reduziert, so dass bei einer detektierten Person keine Beeinträchtigung
mehr zu befürchten
ist. Ferner wird alternativ oder zusätzlich eine Veränderung
der Strahlcharakteristik, beispielsweise durch mechanische Blenden
und/oder optische Elemente, durchgeführt. In einer weiteren Variante
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
wird die Einstellung der Lichtquelle in Abhängigkeit der kritischen Einwirkungszeit
durchgeführt.
Die kritische Einwirkungszeit ist die Zeit ab der eine Beeinträchtigung
des menschlichen Auges wahrscheinlich ist. Dies ermöglicht,
dass von der Einwirkungszeit abhängig
nicht sofort eine Einstellung der Lichtquellen erfolgen muss, sondern
erst kurz vor Erreichen der kritischen Einwirkungszeit. Für die Lösungen werden zusätzlich zum
Signal des Infrarotsensors Signale wenigstens eines weiteren, entfernungs-
und ortsauflösenden
Sensors (Radar, Videokamera, etc.) verwendet, auf deren Basis eine
räumliche
Information (wo befindet sich die Person?) und eine zeitliche Information
(Bestrahlungsintensität über der
Zeit bei entsprechender Entdernung) gewonnen wird.
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Beispiele
für solche
neben dem wenigstens einem Infrarotsensor eingesetzten zusätzliche
Sensoren, die bereits im Kraftfahrzeug vorhanden sind oder deren
Verwendung zumindest im Kraftfahrzeug bekannt ist, sind beispielsweise
Parkpilotsensoren (PP-Sensoren)
auf Ultraschallbasis (Ultraschallsensoren), Long-Range-Radarsensoren
mit 77 GHz und langer Reichweite wie sie für ACC (Adaptive Cruise Control)
benutzt werden, Short-Range-Radar-Sensoren mit 24 GHz und kurzer
Reichweite oder LIDAR-Sensoren. Alternativ oder zusätzlich wird
ein Videosensor, insbesondere der bereits eingebaute Videosensor
des Nachtsichtsystems genutzt. Diese Sensoren werden wie oben erwähnt zusätzlich zur Objekterkennung
und/oder zur Abstandsmessung zu der von Infrarotsensor erkennten
Person eingesetzt, um die Einstellung der Lichtquelle noch genauer
zu gestalten.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Sichtverbesserung bei
Kraftfahrzeugen. Als Lichtquelle ist dabei ein Laser 10 vorgesehen,
welcher einen Laserstrahl 11 im nahen Infrarot über eine Optik,
z.B. wenigstens eine Linse 12, abstrahlt. Anhand des von
der Umgebung reflektierten Infrarotlichtes kann mittels einer Videokamera
ein verbessertes Bild der Szene vor dem Fahrzeug dem Fahrer präsentiert
werden. Der Laser 10 wird über einen Verstärker 14 und
einem Schaltelement 16 von einer Energiequelle 18 mit
Strom versorgt. Ferner ist ein Infrarotsensors 20 vorgesehen,
der für
Infrarotstrahlung beispielsweise im Bereich von 4 bis 6 μm oder 8 bis
12 μm empfindlich
ist. Die Infrarotstrahlung wird dabei über eine weitere Optik, z.B.
wenigstens eine Linse 22, vorzugsweise eine Fresnel-Linse,
eingekoppelt. Beim Infrarotsensor 20 handelt es sich im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
um einen Infrarotsensor, der nach dem pyroelektrischen Prinzip arbeitet.
Das vom Infrarotsensor abgegebene Signal wird über einen Verstärker 24 zu
einem Vergleicher 26 geführt, in dein das Signal des
Infrarotsensors mit einem Referenzsignal aus der Referenzsignalquelle 28 verglichen
wird. Überschreitet
das Signal des Infrarotsensors den Referenzwert, so ist davon auszugehen,
dass sich eine Person in Detektionsbereich des Infrarotsensors befindet.
Der Vergleicher 26 gibt ein entsprechendes Signal ab, welches
das Schaltelement 16 derart betätigt, dass der Laser 10 abgeschaltet
ist. Der Laser 10 ist dabei Teil des Scheinwerfers des
Fahrzeugs und arbeitet je nach Ausführung gepulst oder im Dauerstrich.
In der bevorzugten Ausführungsform
handelt es beim Laser 10 und eine oder mehrere Laserdioden.
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Anstelle
des pyroelektrischen Infrarotsensors werden auch Infrasensoren für Wärmestrahlung eingesetzt,
die nach einem anderen Prinzip arbeiten, z.B. Halbleiterdetektoren,
Bolometer, Thermosäule, etc.
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2 stellt
eine Wirkung der oben beschriebenen Maßnahme dar. Der Infrarotsensor
(bzw. die mit ihm verbundene Optik) ist dabei derart angeordnet
und dimensioniert, dass er einen vorgegebenen Bereich 50,
der den Laserstrahl 52 in seinem Durchmesser vollständig umfasst, überwacht.
Dieser Überwachungsbereich
wird definiert durch die Detektionsreichweite R der Sensors und
den Winkel Ω1.
Die Dimensionierung des Sensors bzw. seiner vorgeschalteten Optik
ist dabei derart, dass der Bereich des Laserstrahls, der für Personen,
insbesondere die Augen, gefährlich
sein kann, innerhalb des Überwachungsbereichs
liegt. Der Gefährdungsbereich
ist dabei gegeben durch den Winkel Ω2, der durch den Öffnungswinkels
des Laserstrahls bestimmt wird und durch die Entfernung NOHD (Nominal
Occular Hazard Distance), welche je nach Stärke und Wellenlänge des
Lasers definiert ist, innerhalb derer bei Bestrahlung über ein
bestimmtes Maß hinaus
Schädigungen
zu befürchten
sind.
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Vorteilhaft
am Einsatz eines auf Körperwärme reagierenden
Infrarotsensors ist, dass das Eindringen anderer Objekte in den
Laserstrahl ignoriert wird. Allerdings reagieren viele derartige
Infrarotsensoren nur auf Signaländerungen.
Aus diesem Grunde muss vor dem Infrarotsensor ein Linsensystem angebracht
werden, derart, dass bei einer Änderung der
Position einer Person eine Modulation des vom Sensor empfangenen
Signals erfolgt. Um auch unbewegliche Personen durch den Infrarotsensor
zu erkennen ist in vorteilhafter Weise die Umgebung durch den Sensor
zu scannen. Dies erfolgt z.B. durch ein bewegliches Linsensystem,
welches den Erfassungsbereich des Sensor zyklisch verändert. Um
ferner Fehlalarme zu vermeiden oder um die Zuverlässigkeit
des Infrarotsensors zu verbessern, sind weitere Sensoren vorgesehen,
beispielsweise Radarsensoren, Kameras, etc. die unabhängig vom
Infrarotsensor Objekte erkennen. Durch Zusammenführen der Signale des Infrarotsensors
und wenigstens eines der weiteren Sensoren wird das Eindringen oder Vorhandensein
einer Person im Gefährdungsbereich des
Laserstrahls noch zuverlässiger
erkannt und entsprechend reagiert.
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Das
beschriebene Verfahren und/oder die Vorrichtung zur Verbesserung
der Sicht in einem Kraftfahrzeug wirkt derart, dass NIR-Scheinwerfer und/oder
Lichtquellen, die Licht mit Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Spektrums
emittieren, automatisch abgeschaltet werden, wenn Personen in den Beeinträchtigungsbereich
eindringen und/oder sich länger
in diesem Bereich aushalten.
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Das
beschriebene Verfahren und/oder die Vorrichtung sind nicht auf die
Verwendung bei einem Nachtsichtsystem mit NIR-Scheinwerfern beschränkt. Vielmehr
ist das Verfahren und/oder die Vorrichtung neben Nachtsichtfunktionen
auch für
andere automobile Funktionen, die mit Licht mit Wellenlängen außerhalb
des sichtbaren Spektrums arbeiten verwendbar, beispielsweise bei
der auf Infrarotlicht basierenden Kommunikation zwischen zwei Kraftfahrzeugen.
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In
einer weiteren Variante wird das beschriebene Verfahren und/oder
die Vorrichtung im Heckbereich des Kraftfahrzeuges angewendet, beispielsweise
bei einer infrarotbasierten Rückfahrkamera.
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In
einer weiteren Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird alternativ
oder zusätzlich durch
ein akustisches und/oder optisches Warnsignal das wenigstens eine
anwesende Objekt gewarnt. In dieser Variante ist eine vorausgehende
Warnung von Menschen möglich.
So kann ein im Nahbereich detektiertes Objekt akustisch, beispielsweise
durch eine Hupe, oder durch optische Signale, beispielsweise durch
Lichthupe und/oder Warnblinklicht, mit sichtbarem Licht gewarnt
werden. Ist das Objekt nach einer gewissen Latenzzeit, kleiner als
die kritische Einwirkungszeit liegt, immer noch im Beeinträchtigungsbereich,
dann wird die betroffene Lichtquelle, insbesondere der NIR-Scheinwerfer
des Nachtsichtsystems, deaktiviert. Die Lichtquelle, insbesondere
der NIR-Scheinwerfer, wird wieder aktiviert, wenn das Objekt den
Beeinträchtigungsbereich verlässt und/oder
der erste Grenzwert wieder unterschritten wird. Hierbei kann die
Entfernung und Position der Person, erfasst durch andere Sensoren,
zur Berechnung der Bestrahlungsintensität verwendet werden.