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Die Erfindung betrifft ein phototropes Brillenglas, d. h. ein Brillenglas mit einer phototropen Eigenschaft. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brille mit einem solchen phototropen Brillenglas.
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Beim Gebrauch von Sonnenbrillen insbesondere beim Autofahren tritt das Problem auf, dass sich die Helligkeitssituation in weniger als einer Sekunde oder innerhalb weniger Sekunden stark ändert. Diese Situation kann beispielsweise bei einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt auftreten. Auch eine während der Fahrt hinter einem Gebäude plötzlich sichtbar werdende Sonne kann zu einer erheblichen Blendung führen und somit eine Gefährdung im Straßenverkehr erzeugen, da zum Beispiel andere Verkehrsteilnehmer, wie etwa Fußgänger, dann nicht mehr mit Sicherheit wahrgenommen werden können.
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Um die Blendung durch die Lichteinstrahlung zu reduzieren ist es üblich, dass die optischen Gläser von Sonnenbrillen phototrope Eigenschaften besitzen. In der Praxis werden Silikatgläser oder Kunststoffgläser eingesetzt. In der Regel werden bei Silikatgläsern die phototropen Moleküle in die gesamte Glasmasse eingebracht. Bei Kunststoffgläsern erfolgt in der Regel eine Beschichtung der Vorderseite des Glases (das ist die dem einfallenden Licht zugewandte Seite) mit einer phototropen Schicht, die phototrope Moleküle enthält. Es gibt aber auch Silikatgläser, die mit einer phototropen Schicht beschichtet sind oder Kunststoffgläser, bei denen die phototropen Moleküle in der Kunststoffmasse verteilt sind. Phototrope Moleküle enthaltende Gläser besitzen die Eigenschaft, dass sich ihre Transmission insbesondere unter der Einstrahlung von UV-Licht zwischen 300 und 400 Nanometern, wie es im Tageslicht enthalten ist, verringert und sich an den optischen Gläsern der Sonnenbrille eine automatische Verdunklung einstellt. Dies geschieht jedoch nicht unmittelbar mit dem Auftreten einer erhöhten Strahlung, sondern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, welche mit einer Zeitkonstante beschreibbar ist. Nimmt die UV-Strahlung ab, hellen die Gläser wieder auf. Dieser Fall tritt zum Beispiel beim Betreten eines Gebäudes, in dem nur wenig Tageslicht und damit wenig UV-Strahlung vorhanden ist, ein. Der ursprüngliche Wert der Transparenz stellt sich dann in der Regel mit einer etwas größeren Zeitkonstante ein. Nachteilig ist, dass das Verdunkeln und das Aufhellen der phototropen Gläser im Bereich von etwa 30 Sekunden erfolgt. Daher herrschen in diesem Zeitraum zum Teil ungenügende Sichtverhältnisse vor, verbunden mit den daraus resultierenden Gefahren. Weiterhin sind die phototropen Eigenschaften solcher Brillengläser stark temperaturabhängig. Derartige Brillengläser erreichen im kalten Zustand einen wesentlich höheren Absorptionskoeffizienten, als im warmen Zustand. Bei 35° Außentemperatur beträgt der sich einstellende Absorptionskoeffizient nur noch 50% des Wertes, der bei Kälte vorhandenen ist. Je geringer die Temperatur ist, desto schneller erfolgt der Eindunkelungsprozess und desto dunkler wird das Glas.
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Aus der Physiologie ist bekannt, dass es bei der Augenempfindlichkeit zunächst zwei wesentliche Regelmechanismen gibt. Zum einen wird über den Durchmesser der Pupille die Menge des einfallenden Lichtes geregelt, und zum anderen über die Konzentration von Rhodopsin, welches für die Lichtempfindlichkeit der Sehzellen verantwortlich ist. Die Einstellung des Durchmessers der Pupille erfolgt durch eine muskelgesteuerte Irisblende. Die durch die Pupille durchtretende Lichtmenge zwischen kleiner und großer Irisblende unterscheidet sich etwa um einen Faktor 80.
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Der Vorgang der Lichtanpassung über die Lichtempfindlichkeit der Sehzellen ist dabei von Hell nach Dunkel mit einer sehr langen Zeitkonstante von 20 bis 40 Minuten verbunden (Dunkeladaption), bei der mehrere Zehnerpotenzen überstrichen werden. Weiterhin können bei ungünstigen Lichtverhältnissen auch benachbarte Sehzellen zusammengeschaltet werden, was somit ein höheres Signal bedeutet, allerdings ergibt sich dadurch eine geringere Sehschärfe. Die Netzhautempfindlichkeit ist abhängig von der Lichtintensität, welche in das Auge einfällt. Eine Helladaption liegt im Falle des Tagsehens vor, wenn das gesamte visuelle System sich an Leuchtdichten oberhalb 3,4 cd/m2 angepasst hat. Eine Dunkeladaption liegt vor, wenn das visuelle System sich an Leuchtdichten unter 0,034 cd/m2 angepasst hat. Ein sehr offensichtliches Beispiel der (quantitativen) Adaption kann beobachtet werden, wenn sich eine Person aus einer hellen Umgebung mit Sonnenlicht in ein Gebäude hinein bewegt. Die visuelle Umgebung innerhalb des Gebäudes wird zuerst nahezu schwarz erscheinen. Nach einigen Minuten ist die Person dann wieder in der Lage, Details zu erkennen, zum Beispiel Zeitungstext zu lesen. Allerdings ist dann der Blick aus dem Fenster wieder unangenehm, da die außerhalb des Gebäudes vorhandene große Leuchtdichte nun eine starke Blendung verursacht. Muss das Auge in einem anderen Fall wiederholt zwischen einem hohen und einem niedrigen Lichtniveau hin und her wechseln, treten sehr hohe Kontraste auf. Wenn zum Beispiel ein Computermonitor (140...300 cd/m2) und eine von der Sonne beschienene Fläche im Fenster (größer 5000 cd/m2) ohne Kopfdrehung nebeneinander sichtbar sind, führt dies zu einer baldigen Ermüdung der Augen. Der umgekehrte Vorgang, also die Anpassung des Auges von einer dunklen Umgebung an eine helle Umgebung erfolgt dagegen sehr viel schneller.
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Ziel der Erfindung ist daher, bei einem phototropen Brillenglas und einer Brille mit einem solchen Brillenglas die Dynamik und die Genauigkeit bei der Einstellung des Transmissionsgrades in Abhängigkeit von den Umgebungslichteinflüssen zu verbessern, um somit bessere Gebrauchswerteigenschaften des Brillenglases zu erreichen.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.
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Die Unteransprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Brillenglas mit phototropen Eigenschaften bereitgestellt.
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Das Brillenglas, das eine phototrope Schicht oder ein phototropes Material mit einer vorbestimmten Zeitkonstante umfasst, verfügt erfindungsgemäß zusätzlich über eine elektrisch in ihrem Transmissionsgrad schaltbare Schicht, die schneller zwischen zwei Transmissionsgraden schaltbar ist, als in der vorbestimmten Zeitkonstante der phototropen Schicht oder des phototropen Materials des Brillenglases. Diese schnell schaltbare Schicht hat die Funktion, die eingangs aufgezeigten möglichen Extremwerte beim Lichteinfall in das Auge weitgehend zu minimieren und im Idealfall zu eliminieren. Demgemäß sind für das Auge eines Benutzer deutlich kleinere Helligkeitssprünge – im Idealfall sogar keine mehr – vorhanden, und das Auge kann somit auf eine konstante Helligkeit adaptiert bleiben. Dadurch wird die Adaptation des Auges besser von starken Lichtvariationen der Umwelt entkoppelt.
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Als vorbestimmte Zeitkonstante wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Zeit verstanden, in der die Transmission (in Bezug auf den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts) der phototropen Schicht oder des phototropen Materials bei einer vorbestimmten Temperatur, beispielsweise 20°C, unter der Einwirkung oder fehlenden Einwirkung von transmissionsändernder Strahlung von einem ersten Transmissionsgrad, beispielsweise 90% Transmission, in einen zweiten Transmissionsgrad, beispielsweise 50% Transmission, wechselt. In der Regel weist eine phototrope Schicht oder ein phototropes Material zwei (in der Regel zahlenmäßig verschiedene) Zeitkonstanten auf: eine für den Fall der Eindunkelung des Materials oder der Schicht und eine weitere (davon verschiedene) für den Fall der Aufhellung.
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Vorzugsweise basiert die in ihrem Transmissionsgrad schaltbare Schicht auf einem elektronisch schnell schaltbaren Schichtsystem, beispielsweise auf der Basis von Flüssigkristallen oder ferroelektrischen Materialien.
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Die elektrisch in ihrem Transmissionsgrad schaltbare Schicht kann in Richtung vom Auge eines Benutzers weg vorteilhaft zwischen dem Auge und der phototropen Schicht oder dem phototropen Material angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Schicht bevorzugt in Lichtrichtung des Umgebungslichtes hinter der phototropen Schicht oder dem phototropen Material angeordnet sein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brille mit einem erfindungsgemäßen Brillenglas bereitgestellt.
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Die Fassung einer solchen Brille kann sehr vielfältig gestaltet sein. Zum Beispiel gibt es Vollrandfassungen, Tragrandfassungen oder randlose Fassungen sowie deren Kombinationen. In üblicher Weise haben die unterschiedlichen Brillenfassungen zwei Brillenbügel und einen Nasensteg. Eine weitere Variante ist, dass die Brillenbügel durch ein elastisches Gummiband ersetzt werden, welches hinter dem Kopf entlang führt. Der Nasensteg sorgt für eine Positionierung der Brillengläser vor den Augen und überträgt einen großen Teil des Brillengewichtes auf den Nasenrücken.
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Bevorzugt verfügt die erfindungsgemäße Brille über einen Helligkeitssensor, welcher die momentane Helligkeit der Umgebung und/oder des Sehfeldes bzw. deren Änderungen erfasst. Bevorzugt ist der Helligkeitssensor ist mit einer (elektronischen) Ansteuereinheit gekoppelt. Die Ansteuereinheit berücksichtigt den von dem Helligkeitssensor gemessenen Helligkeitswert bei der Erzeugung eines Ansteuersignals und gibt das Ansteuersignal an die elektrisch in ihrem Transmissionsgrad schaltbare Schicht aus. Dies kann derart realisiert sein, dass die Ansteuereinheit in Abhängigkeit von auftretenden sprunghaften Helligkeitsänderungen und der aus dem phototropen Brillenglas bekannten Zeitkonstante eine Kompensationskennlinie ableitet und die schaltbare Schicht unter Berücksichtigung der Kompensationskennlinie steuert. Der Transmissionsgrad der Schicht wird so gesteuert, dass der sonst am Auge auftretende Helligkeitssprung zumindest abgedämpft wird.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die bei den bekannten phototropen Schichten oder Materialien bestehende Temperaturabhängigkeit kompensiert wird. Dazu weist die Brille zusätzlich eine Temperatursensor auf, der die Umgebungstemperatur misst und den gemessenen Wert an die Ansteuereinheit ausgibt. Die Ansteuereinheit wiederum berücksichtigt die von dem Temperatursensor (15) gemessene Umgebungstemperatur bei der Erzeugung des Ansteuersignals. Damit kann die die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht die Temperaturabhängigkeit des Transmissionsänderungsverhaltens der Schicht oder des Materials (d. h. deren Transmissionsänderungsgeschwindigkeit und/oder der Intensität der Transmissionsänderung) kompensieren.
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Die elektrisch in ihrem Transmissionsgrad schaltbare Schicht bewirkt somit eine Kappung der bei schnellen Lichtänderungen auftretenden Intensitätsspitzen sowie weiterhin auch eine Kompensation der unerwünschten temperaturbedingt unterschiedlichen Transmissionsgrade.
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Vorteilhaft kann die die Ansteuereinheit im oder an einem Nasensteg der Brille oder alternativ auch auf dem Brillenglas angeordnet sein.
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Der Helligkeitssensor und/oder der Temperatursensor können in die Ansteuereinheit integriert sein.
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Als elektrisch schaltbare Schicht kommen zum Beispiel Flüssigkristall-basierte Systeme, oder entsprechende Guest-Host-Systeme mit Schwebeteilchen (Suspended Particles) in Frage.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
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1: eine erste Ausführungsforma einer erfindungsgemäßen Brille mit Vollrandfassung,
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2: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brille mit randloser Fassung,
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3: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen phototropen Brillenglases,
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4: eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen phototropen Brillenglases,
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5a) bis d): Darstellung der am Auge ankommenden Lichtmenge bei einer Brille mit phototropen Gläsern,
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6a) bis c): Darstellung der am Auge ankommenden Lichtmenge bei einem erfindungsgemäßen phototropen Glas mit einer elektrisch in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbaren Schicht.
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1 zeigt eine Brille 1 deren Gläser 2 mit phototropen Eigenschaften von einer Vollrandfassung 3 umschlossen sind. An den Außenseiten der Vollrandfassung 3 sind Brillenbügel 4 mit Scharnieren 5 eindrehbar befestigt. Die abgerundeten Enden 6 der Brillenbügel 4 greifen hinter den Ohren des Benutzers ein und halten die Brille auf dem Kopf des Benutzers. Der Bereich der Vollrandfassung 3, welcher die beiden Gläser 2 verbindet, wird als Nasensteg 7 bezeichnet. Die Brillengläser können ausgestaltet sein, eine Fehlsichtigkeit des Benutzers zu korrigieren. Ebenso können die Gläser ohne korrigierende Wirkung sein. In diesem Fall funktioniert die Brille als reine Blendschutzbrille und stellt keine zusätzliche korrigierende Funktion bereit. Erfindungsgemäß tragen die zwei phototropen Gläser 2 der Brille 1 jeweils auf der dem Auge des Benutzers zugewandten Glasfläche eine in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Schicht 10 ein System aus mehreren Schichten sein, welches auch reflexionsmindernde Schichten und/oder die Oberfläche härtende Schichten beinhalten kann. Die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 ist mit einer elektronischen Ansteuerschaltung 11 elektrisch verbunden, welche im Beispiel nach 1 in dem Nasensteg 7 angeordnet ist. Weiterhin ist in jeder der Enden 6 eine Stromversorgung 12, beispielsweise eine Batterie oder ein Akku, eingesetzt, die jeweils über elektrische Verbindungsleitungen 13, die in den Brillenbügeln 4 geführt werden, mit der Ansteuerschaltung 11 verbunden sind. Die Ansteuerschaltung 11 beinhaltet auch einen Helligkeitssensor 14 und einen Temperatursensor 15.
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2 zeigt eine Brille mit einer randlosen Fassung. In diesem Beispiel ist jeder Brillenbügel 4 aus einem elastischen Material gefertigt und ohne Scharnier an einem Brillenglas 2 befestigt. Die aus der 1 bekannten Bezugszeichen haben in 2 die gleiche Bedeutung. Die elektronische Ansteuerschaltung 11 ist zweifach vorgesehen. Jeweils eine Ansteuerschaltung 11 ist in der Nähe der Befestigung des Brillenbügels 4 am Rand jedes Brillenglases 2 auf derjenigen Fläche des Brillenglas 2 angeordnet, auf der die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 aufgebracht ist. Die Ansteuerschaltung 11 ist mit der in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbaren Schicht 10 elektrisch verbunden. Die im jeweiligen Bügelende 6 integrierte Stromversorgung 12 ist über elektrische Verbindungsleitungen 13 mit der zugehörigen Ansteuerschaltung 11 verbunden.
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3 zeigt den Schichtaufbau eines phototropen Brillenglases 2, bei dem die phototropen Moleküle in der Glasmasse 8 enthalten sind. Die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 ist auf der dem Auge 9 zugewandten Fläche des Brillenglases aufgebracht. So ist gewährleistet, dass das Umgebungslicht 21 auf das phototrope Material in der Glasmasse 8 einwirken und somit dessen Transmissionsgrad verändern kann. Analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist auf der dem Auge 9 zugewandten Fläche des Brillenglases auch die elektronische Ansteuerschaltung angeordnet.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Brillenglas 2. Das Glas 2 weist eine phototrope Schicht 20 auf. Die phototrope Schicht 20 ist auf der dem Auge 9 eines Benutzers abgewandten Fläche des Brillenglases 2 aufgebracht. Die Glasmasse 8 oder Kunststoffmasse ist im Wesentlichen transparent und in ihrem Transmissionsgrad im Wesentlichen unveränderlich. Die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 ist auf die dem Auge 9 des Benutzers zugewandte Fläche aufgebracht. Somit ist wiederum gewährleistet, dass die den Transmissionsgrad der phototropen Schicht verändernde Spektrum des Umgebungslichtes 21, insbesondere der UV-Anteil am Spektrum des Sonnenlichtes, die phototrope Schicht 20. Alternativ kann die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 auch auf der Fläche des Brillenglases, die dem Umgebungslicht 21 zugewandt ist, zwischen der Glasmasse 8 und der phototropen Schicht 20, angeordnet sein (nicht gezeigt).
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Gemäß 5a) ist eine Situation nach dem Stand der Technik aufgezeigt, welche einen maximalen Störeinfluss darstellt. Dieser ist gegeben, wenn sich die Lichtverhältnisse in kurzer Zeit drastisch ändern. Dabei ist zwischen einer Hell-Dunkel-Adaption und einer Dunkel-Hell-Adaption zu unterscheiden. Es wird eine plötzliche Helligkeitsänderung angenommen und die entsprechende Störfunktion wird als Rechteckprofil beschrieben. Eine ideal wirkende Brille, die in der Lage wäre, ihren Transmissionsgrad genau um den durch das variierende Lichtprofil gegebenen Wert gemäß 5b) unmittelbar ändern zu können, ergäbe bei Kombination der Kennlinien aus 5a) und aus 5b) eine am Auge konstant ankommende Lichtmenge. Tatsächlich jedoch verfügen reale phototrope Gläser über ein Zeitkonstante, welche für den Fall von dunkel nach hell wesentlich größer ist. Eine reale Brille mit üblichen phototropen Gläsern hat daher einen Transmissionsverlauf gemäß 5c). Daher wird das im Auge ankommende Licht bei Anwendung von phototropen Gläsern einen Intensitätsverlauf haben, wie dieser in 5d) dargestellt ist. Somit ergibt sich eine differenzierende Wirkung, die nicht erwünscht ist.
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In 6a) ist wie in der 5a) der zeitliche Verlauf der aus der Umgebung auf die Brillengläser 2 einfallenden Lichtintensität angenommen. In 6b) ist nun eine Zeitfunktion der Transmission der in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbaren Schicht 10 dargestellt, welche von dem Helligkeitssensor 14 abgeleitet wurde. Wird nun die Summenwirkung der Transmissionen der in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 gemäß 6b und des Brillenglases 2 mit phototropen Eigenschaften gemäß 5c zusammengeführt, so ergibt sich ein zeitlicher Intensitätsverlauf der im Auge ankommenden Lichtmenge wie dieser in 6c) dargestellt ist. Im Vergleich mit der Darstellung in 5d) ist ersichtlich, dass die Spitzen der Intensität durch die in ihrem Transmissionsgrad schnell schaltbare Schicht 10 deutlich reduziert wurden, und somit das Auge eine wesentlich moderatere Helligkeitsänderung zu verarbeiten hat, welche besser ausgeglichen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brille
- 2
- Brillenglas
- 3
- Vollrandfassung
- 4
- Brillenbügel
- 5
- Scharnier
- 6
- Bügelende
- 7
- Nasensteg
- 8
- Glasmasse
- 9
- Auge
- 10
- elektrisch in ihren Transmissionsgrad schaltbare Schicht
- 11
- Ansteuerschaltung
- 12
- Stromversorgung
- 13
- elektrische Verbindungsleitungen
- 14
- Helligkeitssensor
- 15
- Temperatursensor
- 20
- phototrope Schicht
- 21
- Umgebungslicht, z. B. Sonnenlicht
- t
- Zeit
- I
- Intensität
- T
- Transmission
