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Stand der Technik
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Elektronische Systeme zur Unterdrückung von Blendlicht mit dem Ziel der Sichtverbesserung gibt es schon seit mehr als 80 Jahren (
US 2,066,680 A ). In diesem Patent von 1934 wird das Licht der eigenen Scheinwerfer mit Hilfe rotierender mechanischer Schlitz- oder Fächerscheiben („Chopper”) in ein rechteckförmiges Signal (längs der Zeitachse) moduliert, während eine völlig identische Schlitz- oder Fächerscheibe in Blickrichtung vor dem Gesichtsfeld des Nutzers (Visor) exakt das gleiche vollbringt: d. h. mit exakt gleicher Frequenz f und Phasenlage Phi, wird synchron zum modulierten Scheinwerferlicht die Außenwelt vom Nutzer wahrgenommen.
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Ist das Visor durch welches der Nutzer blickt beispielsweise 50% der Zeit geschlossen (Puls-Pause-Verhältnis = 1:1), so wird 50% des unerwünschten Lichtes (z. B. tief stehende Sonne) unterdrückt, und somit die Sichtbarkeit der zu betrachtenden Gegenstände erhöht.
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Später ersetzten elektronisch ansteuerbare Lichtmodulatoren die mechanischen Lichtmodulatoren, insbesondere in Form von Flüssigkristallzellen, und auch die Lichtquellen wurden zunehmend schneller und einfacher elektronisch ansteuerbar.
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Damit wurden auch variable Puls-Pause Verhältnisse bei der Ansteuerung von Lichtquelle und Visor möglich – jedoch war bis dato die Elektronik nicht genügend klein und leistungsfähig genug, um Systeme zu realisieren, die alle erwünschten Funktionen und sicherheitsrelevanten Merkmale erfüllten.
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Erst jetzt, im Zuge von extremer Miniaturisierung und „tragbarer Elektronik” (wearable electronics), ist es möglich, mittels Miniatur-Elektronik, die sich auch in eine Brille leicht und einfach integrieren lässt, sowie mittels leistungsstarker Weißlicht- und/oder RGB-LED/LASER, solche leistungsfähigen und sicheren Systeme zur Sichtverbesserung zu realisieren.
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Solche Systeme funktionieren besonders gut, wenn der Mensch die Regelung nicht mehr wahrnimmt, also mit Zykluszeiten oberhalb der Flimmer-Grenzfrequenz (Critical Flicker Frequency – CFF) von etwa 60 Hz arbeiten. Solche Systeme standen theoretisch bis dato zur Verfügung, aber erst jetzt, durch die Verfügbarkeit von extrem schnellen Modulatoren und sehr schnellen Prozessoren können intelligente und sicherheitsrelevante Mehrkanal-Echtzeit-Regelungen zur Sichtverbesserung realisiert werden, wobei das linke und rechte Auge getrennt behandelt werden, und/oder mehrere Nutzer für Gruppenanwendungen einbezogen werden können.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem (Mängel des Stands der Technik) und deren Lösung (Ansprüche):
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1) Keine konstante Energie pro Lichtpuls = keine Sichtverbesserung
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Die bisher bekannten Anti-Blend Systme z. B. Patent
US 4,286,308 A die aus einem Visor (Brille oder ähnlich) und mindestens einem zur Öffnungszeit des Visor synchron laufenden Scheinwerfer bestehen, benutzen entweder fest stehende Puls-Pause-Verhältnisse bezüglich offenem Visor und eingeschaltetem Scheinwerfer, oder aber variable Puls-Pause-Verhältnisse, jedoch mit nicht gleich bleibender Energie pro Lichtpuls.
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Zusammenfassend ergeben sich mindestens 2 Nachteile bei alten Systemen:
Wenn die Pulsenergie der Scheinwerfer nicht weitgehend konstant ist innerhalb des jeweiligen variablen Zeitschlitzes, in dem die Brille geöffnet ist, kann der Quotient aus Eigenlicht und Fremdlicht, der vergleichbar mit einem Signal-Noise-Ratio (SNR) ist, nicht konstant gehalten werden, was Nachteile bei der Sichtverbesserung via Kontrasterhöhung hat.
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Lösung:
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Ein „konsistentes Gesamtsystem” bei dem das Visor und der Scheinwerfer kontinuierlich und analog derart zusammenwirken, dass ein Anwendungsbereich von völliger Dunkelheit (0 Lux) bis hin zu Dämmerung (z. B. 100 Lux) nahtlos und analog abgedeckt wird, und gleichzeitig alle lichttechnischen Normen (z. B. konstante integrale Helligkeit der Scheinwerfer) erfüllt werden, gibt es am Markt noch nicht – insbesondere nicht in Verbindung mit einer in Echtzeit auf konstante Helligkeit geregelten Brille, wie in Patentanmeldung
DE 10 2014 107 587.0 beschrieben. Die in der DE 10 2014 107 587.0 geschilderte Brille wird in vollem Umfang in die Offenbarung dieser Anmeldung einbezogen. An verschiedenen Stellen dieser Beschreibung wird konkret auf einzelne Eigenschaften der Brille der DE 10 2014 107 587.0 Bezug genommen.
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2) Keine konstante Leistung bei zeitintegraler Messung von Scheinwerfersystemen = keine Zulassung durch Behörden und Zulassungsstellen
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Zudem ist die zeitintegral abgestrahlte Lichtmenge (z. B. der Lichtstrom in Lumen) bisheriger Systeme nicht konstant, so dass bei einer Prüfung durch eine lichttechnische-Behörde oder Zulassungsstelle (TÜV, AAA, etc.) zwangsläufig festgestellt wird, dass das Scheinwerferlicht nicht kompatibel ist mit existierenden bereits zugelassenen Systemen.
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Damit ist derzeit leider KEIN problemloser Austausch von Scheinwerfern im Sinne einer Ersatz-Strategie (Replacement-Strategy) oder ein Hinzukaufen von Zusatzscheinwerfern im Sinne einer Zubehör-Strategie (special accessories strategy) möglich – insbesondere nicht in Bezug auf ein kontinuierlich analog funktionierendes Gesamtsystem welches von 0 Lux (völliger Dunkelheit) bis hin zur Dämmerung, z. B. 100 Lux arbeitet. Daher wird die unten aufgeführte Neuerung beansprucht.
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Lösung:
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Es wird Bezug genommen auf die Patentanmeldung
DE 10 2014 107 587.0 in dem eine „intelligente Flüssigkristall Brille” zur Sichtverbesserung beschrieben ist, die unter anderem über 2 getrennte Echtzeit-Regelkreise verfügt, für jedes Auge separat, die jeweils auf konstante Helligkeit (Sollwert rechts, Sollwert links) regeln.
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Diese Brille hat bereits 2 Vorteile, aber auch einen kleinen Nachteil, welcher mit Hilfe eines synchron laufenden Scheinwerfers behoben werden kann:
- 1) Vorteil: Blendung wird unterdrückt durch konstantes Regeln auf einen Helligkeitswert
- 2) Vorteil Schnelladaptionsbrille: Das Auge wird permanent relativ dunkeladaptiert gehalten, d. h. eine relativ große Pupille wird per Regler-Sollwert fest eingestellt, so dass der Anwender beim Durchqueren eines Hell-Dunkel-Sprungs (z. B. Einfahrt in einen Wald beim Fahrradfahren) sofort und unmerklich (in Echtzeit) dunkeladaptiert ist, was sonst bis zu 1 Minute oder noch länger dauert.
- 3) Nachteil: Mit zunehmendem dunkel werdenden der Brillengläsern (zunehmende Helligkeit draußen), wird man zwar weniger geblendet, aber der Kontrastumfang bzw. der Quotient aus Nutzsignal und Störsignal (vergleichbar einem SNR), kann ohne eigenen Scheinwerfer nicht verbessert werden.
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Lösungsbeschreibung:
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Der zuletzt benannte Nachteil wird mit folgender Erfindung behoben und sogar in Richtung noch besserer Kontrastumfänge verbessert:
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In 1 ist dargestellt die sogenannte Transmission (TR) der Brille über die Zeit.
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Die Transmission ist der Quotient aus Einfallender Intensität I und durch die LC-Zelle gelassene Intensität Io.
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In 1 ist die Zeit „Ton” zu sehen, in der die Brille geöffnet ist, d. h. transparent geschaltet ist.
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In der restlichen Zeit (Periodenzeit T minus Ton) ist die Brille geschlossen, d. h. nicht transparent.
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Um nahtlose und analoge Grauwerte zu erhalten, wird das Signal in 1 (oberer Graph) als analoge Pulsweiten-Modulation (PWM) realisiert, d. h. in 1 (oberer Graph) sind von Zyklus T zu Zyklus 2T und 3T lediglich beispielhaft verschiedene sprunghafte Zustände der PWM abgebildet.
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Diese Zustände lassen sich auch als prozentuales Puls-Zykluszeit-Verhältnis D (Duty-Cycle) beschreiben.
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Eine wichtige Neuerung zur Sichtverbesserung via SNR Verbesserung gegenüber alten Systemen besteht nun darin, dass die Pulsenergie pro ausgesendeten Lichtpuls weitgehend konstant bleibt in gewissen Grenzen; in 1 (mittlerer Graph) dargestellt als weitgehend konstante Fläche A, die sich ergibt aus der aktiven Pulsweitenzeit (Ton) multipliziert mit der jeweiligen emittierten Lichtintensität (IE) eines Pulses. (I = Intensität, E = Emittiert).
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In der Praxis kann dies durch Anlegen einer höheren Spannung bzw. durch Einprägen eines höheren Stroms in ein geeignetes Leuchtmittel, welches für solch hohe Energien ausgelegt ist, erfolgen.
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Weil sich bestehende Leuchtmittel oftmals nicht ohne weiteres mit extremen Spannungen oder Strömen „über Norm modulieren” lassen, wird in der Praxis das vorhanden Leuchtmittel durch ein geeignetes ersetzt – oder ein eigens gefertigter Scheinwerfer samt Brille (Gesamtsystem) am Markt angeboten.
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Zudem muss die Lichtintensität IE stets dem normierten und bereits von Behörden (TÜV, etc.) zugelassenen Intensitätswert (IN) entsprechen, allerdings multipliziert mit dem Kehrwert des Hundertstel des Duty-Cycle D.
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Beispiel:
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- Puls-Pause-Verhältnis = Duty-Cycle = 50%
- Dieses Verhältnis nicht in Prozent, sondern als einfacher Quotient = 0,5
- Kehrwert von 0,5 = Faktor 2
- IE = 2 × IN
- Beispiel Ende.
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Dieses Verfahren ist notwendig, damit die über ein langes Zeitintegral gemessene Intensität im zeitlichen Mittel immer einer konstanten IN entspricht.
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Selbst wenn das zeitliche Messintervall bei den Behörden (TÜV) nur 1 Sekunde betrüge, so sind bei einem 70 Hz Scheinwerfer bereits so viele unterschiedliche Pulshöhen bzw. Puls-Zyklen zeitlich gemittelt worden, dass sich immer der geforderte konstante Lichtwert IN ergibt.
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Integriert man das Signal IE in 1 (mittlerer Graph) von t = 0 bis zum Zyklus-Ende 3T, so wird das Prinzip deutlich.
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Darüber hinaus wird bei sehr schmalen Zeitschlitzen in denen die Brille offen und transparent ist (z. B. 5%), bei entsprechend dunkel eingestelltem „Sollwert” des Regelkreises, d. h. bei konstant und weit geöffneter Augenpupille, das Auge letztendlich so lichtempfindlich, dass bereits kleine Leistungen von IE (IE dividiert durch Ton) ausreichen, um eine sichtbare Verbesserung der betrachteten Szenerie zu erreichen, während ca. 100 – 5% = 95% des störenden Fremdlichtes unterdrückt werden.
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3) Blendwaffen sind zu hell, um parallel zum Scheinwerfer betrieben zu werden
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Außerdem bestehen die oben genannten Probleme der mangelnden Kontrastverbesserung bzw. SNR-Verbesserung auch bei militärischen oder behördlichen Einsätzen (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben – BOS) mit leistungsstarken Blendwaffen (z. B. sogenannte Dazzler oder LASER-Dazzler), bei dem der Träger eines solchen Systems (Brille und Scheinwerfer), sowohl den oben genannten Scheinwerfer, als auch eine zusätzliche und viel stärkere Blendwaffe (im Vergleich zum Scheinwerfer) gegen seine Opponenten richtet.
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Nach aktuellem Stand der Technik überblendet das extrem helle Licht der eigenen Blendwaffe das eigene Licht des/der Scheinwerfer, so dass das Scheinwerferlicht in der Ferne nicht mehr ausreichend erkennbar ist, und zwar selbst dann nicht mehr ausreichend erkennbar, wenn mit dem/den Scheinwerfern das Umfeld des geblendeten Opponenten ausgeleuchtet wird, um zum Beispiel verdächtige Veränderungen in der Szenerie zu beobachten, jenseits des bereits erfolgreich Geblendeten (aktive Umfeld-Beobachtung).
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Lösung:
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Dieses Problem wird mit einer antizyklischen bzw. invertierten Signalzuführung zur Blendwaffe (Dazzler) behoben, wie nachfolgend zur 1 (unterer Graph) beschrieben.
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Die Blendwaffe wird also immer nur dann sehr kurz in dem jeweiligen Zeitschlitz ausgeschaltet, z. B. nur 5% ihrer cw-Dauerstrichzeit, wenn der Suchscheinwerfer eingeschaltet und die Brille entsprechend synchron kurz offen ist.
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Sobald die Brille wieder schließt (intransparent), so geht die Blendwaffe wieder an, usw. – wodurch insgesamt ein getrennter Zweikanalbetrieb (Scheinwerfer + Dazzler) als Neuheit ermöglicht wird.
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4) Kein geeignetes Gesamtsystem bei Dämmerung:
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Militärische Nachtsichtsysteme werden bei Dämmerung übersteuert und sind ungeeignet für wechselnde Lichtverhältnisse
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Militärische Nachtsichtsysteme funktionieren bei zunehmender Helligkeit nicht mehr, weil die sehr empfindlichen Empfänger/Restlichtverstärker ab bestimmten Helligkeiten „übersteuert” sind, d. h. durch zu viel Licht ihren Dienst versagen.
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D. h. es gibt als derzeit kein Gesamtsystem, welches kontinuierlich von 0 Lux (völlige Dunkelheit) bis 100.000 Lux (extreme Helligkeit) durchgängig analog und nahtlos funktioniert, so dass der Nutzer nur eine Art von Brille tragen muss – egal für welche Anwendung.
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Lösung:
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Es wird vorgeschlagen ein zuverlässiges (intelligentes und sicheres) Anti-Blend-System mit Eigenlichtquelle zur Sichtverbesserung, die diesen Übergangsbereich von völliger Dunkelheit (0 Lux) bis zur Dämmerung (etwa 100 Lux) kontinuierlich analog und „nahtlos” abdeckt – und im Anschluss daran im Grunde auch bis hoch zu 100.000 Lux Außenhelligkeit, wobei der Einsatz von Zusatzscheinwerfern bei extremen Außenhelligkeiten zunehmend unwahrscheinlicher wird. Mit „nahtlos” wird auch das effektive Zusammenwirken und Übergehen in den Dämmerungsmodus mittels einer geeigneten Tagfahrt-Brille mit intelligentem Echtzeit-Regelkreis gemeint ist, die die Helligkeit am Auge stets konstant hält – so wie in Patentanmeldung
DE 10 2014 107 587.0 beschrieben.
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5) Sicherheitskräfte eines Teams könnten sich gegenseitig oder auch selber blenden
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Zudem gibt es für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), wie z. B. Feuerwehr, Polizei, Zoll, Rettungssanitäter, Rettungstaucher, Rettungskräfte aller Art) und für Militärs derzeit keine Anti-Blend-Sicherheitssysteme, die bei Gruppenanwendungen (SWAT-Teams, Feuerwehr-Teams, Polizei-Teams, etc.) sicher stellen, dass die Akteure sich nicht versehentlich gegenseitig/untereinander blenden.
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Zudem könnte ein einzelner Akteur zwecks vermeintlicher Prüfung, ob sein Licht funktioniert, oder rein versehentlich, oder durch eine Reflexion in einem Spiegel oder Fenster, in seine eigene Lichtquelle schauen, was nach bisherigem Stand der Technik der modulierten Anti-Blend-Systeme zu einer sehr starken Selbstblendung oder gar Selbstverletzung führt, zumal das menschliche Auge hinter der Brille weitgehend konstant dunkeladaptiert gehalten wird.
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Lösung:
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Daher wird in der nachfolgenden Problemlösung eine „automatische Eigenlichterkennung” beansprucht, die dazu führt, dass die Eigenquelle definiert abgeregelt oder ausgeschaltet wird – alternativ dazu kann auch das Visor kurzfristig geschlossen werden, was aber nicht dauerhaft der Fall ist, da generelle Sichterhaltung die höchste Priorität hat.
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6) Codierung des Gesamtsystems (Eigenlichtquelle und Visor) mit einem geheimen Schlüssel
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Ebenso wenig im Markt erhältlich ist die Möglichkeit, dass für die vorgenannten BOS- und Militär-Teams (Gruppenanwendung) jeweils eine individuell geheime exklusive Sicht via codierter Eigenlichtquellen erhalten, insbesondere falls außen stehende Nutzer mit sehr ähnlichen Gesamtsystemen (Visor und Lichtquelle) nachts in der gleichen räumlichen Region agieren, sei es als Gegner oder als andere Teams mit ähnlichem Auftrag.
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Hierbei darf es keine Rolle spielen, ob die außen stehenden Nutzer ähnlicher Systeme in Blickrichtung eines Teams „A” agieren und deshalb genau das sehen, was auch die Teams „A” sehen, oder ob sich die außen stehenden Nutzer entgegen der Blickrichtung, also gegenüber, des Teams „A” befinden und versuchen dieses gegenüberliegende Team „A” mit ihrem eigenen Eigenlicht via Spiegel oder sonstigem zurückwerfenden elektronischen Repeater zu blenden – oder mit exakt den gleichen oder gar stärkeren Mitteln, nämlich mit identisch moduliertem Fremdlicht aus vielleicht sogar noch stärkeren Scheinwerfern oder Blendwaffen (Dazzler).
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Lösung:
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Der Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 hat insbesondere zu diesem Problem eine starke Beziehung.
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Daher wird nachfolgend beansprucht, die Gesamtsysteme (Visor und Lichtquelle) so zu modulieren, dass die ausgesendeten kurzen schmalen Lichtpulse (und die synchron zugehörigen kurzen Öffnungszeiten des Visor/Brille) keinem zyklischen Muster mehr entsprechen, sondern sich gemäß eines geheimen Codier-Schlüssels ständig ändern.
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Diese Änderung kann grundsätzlich bezüglich aller denkbaren freien Modulationsparameter erfolgen, aber insbesondere beispielsweise bezüglich ihrer Phasenlage, Puls-Position (Phase- and Puls-Position Hopping) oder in ihrer Frequenz (Frequency-Hopping) oder in der Amplitude (AM) oder in der Kombinationen aus all dieser Modulationsverfahren.
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7) Verwendung des oben genannten geheimen Schlüssels zur Codierung von Blendwaffen, die parallel zur Eigenlichtquelle verwendet werden:
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7.1)
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Zusätzlich zu den eigenen Scheinwerfern können eigene, wesentlich hellerer Blendwaffen mit einer invertierten Signal-Ansteuerung versehen werden, so wie bereits oben beschrieben und gezeigt in 1 (unterer Graph).
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Problem: Allerdings sind solche Systeme mit optischer Messtechnik von Seiten des Gegners leicht zu verstehen, so dass der Gegener wiederum mit eigenen Blendwaffen in die offenen Zeitschlitze der angreifenden Brillenträger zurück strahlen könnte.
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D. h. in der militärtaktischen Praxis fehlt derzeit noch die geheime Verschlüsselung (Codierung) von Blendwaffen.
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Lösung:
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Nachfolgend wird daher der Patentanspruch aufgeführt, dass die bereits oben beschriebene Codierung des Gesamtsystems (Brille und Scheinwerfer), erweiternd übertragen wird auf die invers angesteuerten Blendwaffen gemäß 1 (unterer Graph).
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D. h. auch die Blendwaffe „springt” entsprechend mit den geheim codierten Zeitschlitzen der Brille und der Eigenlichtquelle auf der Zeitachse hin und her – nur eben jeweils invertiert.
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Das Team welches den oben genannten geheimen Schlüssel zur Codierung sämtlicher freien Modulationsparameter (Position, Phase, Frequenz, Amplitude) einsetzt, kann dann zusätzlich zur jeweiligen individuellen Eigenlichtquelle auch diverse individuelle Blendwaffen verwenden, ohne dass man sich auf irgend eine Weise versehentlich gegenseitig blendet.
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Denkbar sind auch Abstufungen von Codier-Schlüsseln, z. B. mittels eines Sub-Schlüssels (z. B. vererbt vom Team-Schlüssel) könnte pro Person oder pro Team noch eine weitere oder mehrere Blendwaffen (Dazzler) gesondert verschlüsselt werden, ohne dass man sich versehentlich gegenseitig blendet.
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7.2)
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Wird der Dazzler in den kurzen offenen Zeitschlitzen der Brille/Visor komplett ausgeschaltet, kann dies Nachteile haben, da er dann visuell nicht mehr verfolgbar ist.
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Lösung:
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Der Dazzler kann auf einen frei einstellbaren OFF-Wert (siehe 1 (unterer Graph)) in Höhe von beispielsweise 0,5% bis 5% seiner maximalen Intensität (IDAZ) festgelegt werden, damit dieser für den Anwender gut sichtbar bleibt und nicht versehentlich so stark unterdrückt wird, dass nicht mehr ausreichend erkennbar ist, wohin die Blendwaffe strahlt. (siehe 1 (unterer Graph))
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Begriffsdefinition „Blendwaffe”:
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Das hier allgemein verwendete Wort „Blendwaffe” (Englisch „Dazzler”) wird hier nur als Oberbegriff verwendet, d. h. es ist unerheblich, um welche lichttechnische Realisierung (Lampe, Laser etc.) Wellenlänge oder Intensität es sich handelt, so dass auch LASER-Dazzler mit sehr hoher Strahlintensität oder LASER mit variabler Wellenlänge (multicolor) oder sonstige hoch intensive Lichtquellen – auch im Randbereich zum Infrarot oder UV – hier einbezogen werden.
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Allen Blendwaffen gemeinsam ist die Idee zur explizit aggressiven taktischen Blendung und Störung von Gegnern, Feinden, Verdächtigen, Terroristen, Demonstranten, etc. – sei es bezüglich einer individuellen Person oder Gruppe – oder zur Blendung und Störung von der Person/Gruppe eingesetzten optoelektronischen Systeme (z. B. Sensorsysteme auf Panzern – oder jegliche optische Sensoren auf beliebigen Waffengattungen).
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Mit dem verschlüsselten Zweikanal- oder sogar Mehrkanalbetrieb, bestehend aus individueller Eigenlichtquelle und mindestens einer individuellen Blendwaffe ist es möglich, gegnerische Personen oder deren optisches Equipment (Sensoren auf einem Panzer) zu blenden,.
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aber auch gleichzeitig die benachbarte Umgebung in Blickrichtung mit der separaten Eigenlichtquelle auszuleuchten/auszukundschaften und ggf. auch farblich zu markieren.
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Anmerkung zu Auskundschaften und Markieren: Je nach Lichtfarbe der individuellen Eigenlichtquellen) im Team können die Träger eines solchen Systems, die nur selber diese Lichtfarbe/Lichtfarben sehen können, gegnerische Ziele unabhängig von der Blendwaffe individuell farbig markieren. Für Außenstehende ohne Systeme erscheinen die Lichtquellen immer neutralweiß.
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Dies wird weiter unten unter dem Begriff der „unsichtbaren und verschlüsselbaren mehrfarbig Lichtmarkierung” als Neuheit beansprucht. (Englisch: invisible LASER/LED multicolor Designator – encodable (optional).
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Zusammenfassung:
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Oben beschriebenes Gesamtsystem in Verbindung mit einer Blendwaffe (Dazzler) – unter optionaler Anwendung eines geheimen Codierschlüssels
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Das extrem helle Licht einer eigenen Blendwaffe überblendet das Licht des/der eignen Scheinwerfer, so dass das Scheinwerferlicht in der Ferne nicht mehr effizient erkennbar ist, auch dann nicht, wenn mit dem/den Scheinwerfern das Umfeld des geblendeten Opponenten ausgeleuchtet wird, um zum Beispiel verdächtige Veränderungen in der Szenerie zu sehen, also jenseits des bereits erfolgreich geblendeten (aktive Umfeld-Beobachtung).
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Lösung: Das Problem wird behoben mit dem Patentanspruch, dass die Blendwaffe (Dazzler) ein antizyklisches bzw. invertiertes Einschalt-Signal erhält bezüglich der Öffnungsdauer Ton der Brille – so wie in 1 (unterer Graph) dargestellt.
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Die Blendwaffe wird also immer dann sehr kurz in dem jeweiligen Zeitschlitz ausgeschaltet, z. B. nur 5% ihrer cw-Dauerstrichzeit, wenn der Suchscheinwerfer eingeschaltet und die Brille entsprechend synchron kurz offen ist.
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Sobald die Brille wieder zu geht, geht die Blendwaffe wieder an, usw. – wodurch insgesamt eine Art „separater Zweikanalbetrieb” (Scheinwerfer + Dazzler) neuen Vorteilen ermöglicht wird.
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Weiterhin wird das gesamte System (Brille, Eigenlichtquelle, Blendwaffe) derart gesteuert, dass die Modulation der Brillen und Lichtquellen mit einem geheimen Codierschlüssel erfolgt.
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8) Bisher eingeschränkter Anwendungsbereich: Hauptsächlich Gegenverkehr – aber keine Ableseverbesserung von Smart-Phone, Displays aller Art, Cockpit – Anzeigesysteme.
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Nach aktuellem Stand der Technik wurde der Einsatz- und Anwendungsbereich von Anti-Blend-Systeme hauptsächlich auf die motorisierte Fortbewegung (Autos, Motorräder, Züge, usw.) bezogen, weil in der Regel davon ausgegangen wurde, dass die Blendung in erster Linie durch die Scheinwerfer entgegenkommende Fahrzeuge oder durch eine tief stehende Sonne oder sonstige störende Lichtquellen verursacht wird.
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In solchen Szenaren wird davon ausgegangen, dass das Störsignal (z. B. Gegenverkehr oder Sonne) und das Nutzsignal (eigene Scheinwerfer) aus völlig anderen Richtungen kommen (Sonne in der Ferne, Scheinwerfer am Auto).
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8.1) Anzeigen mit modulierbarer Hintergrundbeleuchtung oder helligkeitsmodulierbaren modulierbaren Pixeln oder LED-Elementen
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Eine etwas andere Situation ergibt sich, wenn das Störsignal (Sonne) genau an der Stelle reflektiert wird, wo ein Nutzsignal entsteht, z. B. auf der reflektierenden Bildschirm- oder Display-Oberfläche eines informierenden/anzeigenden Elektronik-Gerätes (PC, Notebook, Smart-Phone, TV, Head-up Display, sonstige Anzeige, Cockpit-Armaturen) – so wie in 2 dargestellt.
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Beide Situationen (A und B) haben jedoch gemeinsam, dass das Summensignal am Auge stets aus Störsignal und Nutzsignal bestehen (Gamma 1 + 2 in 2).
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Zusätzlich kann in beiden Fällen das Störsignal auch aus einer Richtung kommen, wohin der Nutzer momentan nicht hinschaut, aber auch dieses Störsignal kann so stark blenden, dass die Sicht im Betrachtungspunkt beeinträchtigt sein wird.
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Aktive elektronische Anti-Blendsysteme zur Unterdrückung der Blendung von visuellen Anzeigesystemen jeglicher Art gibt es derzeit nicht – obwohl bekannt ist, dass das Ablesen von Displays in praller Sonne nahezu unmöglich ist.
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Lösung:
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Unter Anzeigesysteme fallen alle Arten von Bildschirmen, Displays (PC, Notebook, Smart-Phone, TV), Armaturen oder sonstige visuelle Mensch-Maschine-Schnittstellen (Cockpit-Armaturen aller Art, sei es im Auto, Flugzeug, Schiff, Motorrad, etc. oder sonstige selbstleuchtende Anzeigetafeln, sei es mit selbstleuchtenden Pixeln (Mikro-Lichtquellen egal welcher Bauart, z. B. LEDs oder LED-Matrix-Punkten, Vertical Cavity LASER etc), Warnschilder, Tachos, Uhren, Geokoordinaten-Navigationssysteme, Head-up Displays etc).
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Es wird daher vorgeschlagen die Display-Beleuchtung so zu modulieren, als wäre es der vorgenannte Eigenlicht-Scheinwerfer.
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D. h. immer dann wenn die Brille/das Visor (LC in 1) in einem kurzen Zeitschlitz geöffnet ist (z. B. in nur 5% der Zeit), dann ist auch die Hintergrundbeleuchtung des Displays kurz und pulsartig (vorzugsweise mit höherer Energie als Normal) eingeschaltet.
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Die vorgegebene Wert der Helligkeit des Displays, der benötigt wird, damit ein Nutzer die auf dem Display angezeigten Informationen lesen kann, ergibt sich einerseits aus der Helligkeit, auf die die Brille das auf das Auge treffende Licht regelt, z. B. 400 lx (siehe
DE 10 2014 107 587 ), und andererseits der üblichen Helligkeit dieses Displays. Da die Brille typischerweise auf 400 lx regelt, also einen eher dunkleren Zustand, liegt der im Produkt Ton mal Helligkeit des Displays möglichst zu erreichende Wert im Allgemeinen unterhalb der gewöhnlichen Helligkeitseinstellung des Displays. Dies lässt Raum für die benötigte pulsartige Überhöhung.
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Dies ist immer dann problemlos möglich, wenn die Hintergrundbeleuchtung aus schnell reagierenden Lichtquellen (z. B. Weißlicht- oder RGB-LEDs) besteht, die sich wiederum per Software oder per OEM-Hardwarelösung ansteuern lassen.
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Im einfachsten Fall kann bereits eine aus dem Internet herunter geladene Software (oder eine sogenannte APP) die Display-Hintergrundbeleuchtung eines Smart-Phones (SP in 2) oder ähnlichem Gerät, wie z. B. Tablet-Notebook oder ein außerhalb der Brille befindliches Head-up Display, in ihrer Helligkeit derart modulieren, dass das oben beschriebe Anti-Blendsystem realisiert wird.
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Damit wird z. B. über 95% des Sonnenlichtes (S und Gamma 1 in 2) unterdrückt, während die Lichtpulse des Bildschirms genau in den offenen Zeitschlitz der Brille und auf das dunkeladaptiere Auge fallen.
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Dadurch werden die angezeigten Informationen trotz erheblicher Sonneneinstrahlung (oder sonstiger Störlichteinstrahlung) deutlich sichtbar – die ohne solch ein System ansonsten nicht lesbar wären.
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Die Synchronisierung der Brille mit der Lichtquelle kann auf verschiedene Weisen geschehen:
- 1) In einem Falle ist das Elektronik-Gerät der „Master”, der einfach gepulstes Licht aussendet, worauf sich die Brille mit Hilfe ihren diversen Lichtsensoren (Außen = OS, Innen = IS in 2) rein optisch synchronisieren kann.
- 2) Optional kann über eine Funkverbindung (RF in 2) zwischen Brille und Endgerät eine Synchroninformation ausgetauscht werden. Typischerweise werden dabei die bereits serienmäßig vorhandenen Funksysteme, wie z. B. Bluetooth, genutzt. Wer von beiden „Master” ist kann hier offen bleiben und ist nur eine Frage der Programmierung.
- 3) Im Übrigen kann auch mit Hilfe eines Kabels (z. B. USB) oder auch auf jede andere erdenkliche Art eine Synchroninformation (SYNC in 2) zwischen Endgerät und Brille übermittelt werden. Wer von beiden „Master” ist kann hier offen bleiben und ist nur eine Frage der Programmierung.
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8.2) Endgeräte ohne aktiv modulierbare Hintergrundbeleuchtung.
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Es gibt auch Displays und Anzeigen die eine Modulation der Hintergrundbeleuchtung nicht ohne weiteres zulassen.
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Lösung:
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Sollten bestimmte Endgeräte eine Displayart beinhalten, die ohne schnell und aktiv modulierbare Hintergrundbeleuchtung auskommen, aber zumindest eine gleichförmige Hintergrundbeleuchtung besitzen, z. B. papierähnliche Displays mit „elektronischer Tinte” zum Lesen von Büchern, so kann als gesondert erhältliches Zubehör zur Brille, nämlich ein weiterer Flüssigkristall-Shutter (AddLC in 3) auf dieses Display aufgelegt oder drauf geklemmt werden.
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Dieser zusätzliche Shutter moduliert dann das ansonsten gleichmäßige (DC), aber maximale (oder per Eingriff auch übermaximale) Hintergrundlicht des Displays entsprechend der Zeitschlitze der Brille.
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Sofern die gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung sehr hell eingestellt werden kann, ergeben sich mit dieser Anordnung die bereits oben beschriebenen Vorteile der Blendungsunterdrückung von fremden Störlichtquellen (S) – mit der einhergehenden Verbesserung der Lesbarkeit.
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Dieser zusätzliche Shutter verfügt über eigenen Schnittstellen zur Synchronisation mit der Brille, wie zum Beispiel Funk (RF2 in 3) oder über einen Kabelanschluss (z. B. USB) oder einen beliebigen sonstigen Zugang (SYNC2 in 3).
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Im Übrigen kann auch eine beliebige aber geeignete Kombination aus oben genannten Informationskanälen zum Einsatz kommen, z. B. eine APP-Software zum Einschalten der Hintergrundbeleuchtung) via Funk (RF1 in 3) und zur Synchronisation mit der Brille die Funkverbindung (RF2) oder das Kabel SYNC2 verwendet werden. Auch eine rein optische Synchronisation durch die optischen Sensoren der Brille (OS, IS) ist möglich.
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Im Gegensatz zum außerhalb der Brille liegenden Head-up Display (HUD) stellt das „innerhalb der Brille liegende HUD” ein Sonderfall dar, so wie in 4 abgebildet.
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Hier ergibt sich eine Ableseverbesserung durch Blendunterdrückung beim versehentlichen Blick in die Sonne (Shutter kurzfristig ganz oder nahezu geschlossen) sowie durch die Tatsache, dass die Brille über einen sehr großen Dynamikbereich stets auf exakt die gleiche Helligkeit regelt (weitgehend konstanter Sollwert) – wodurch wiederum das innenliegende Durchsicht-HUD (ähnlich wie bei „Google-Glas” oder Samsung „Gear Glass” etc.) stets die optimale Hintergrundhelligkeit bzw. den optimalen Kontrast erhält, egal wie sich außerhalb die Helligkeit ändert.
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Das innen liegende HUD ist dadurch jederzeit optimal ablesbar.
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8.3) Schutzbrillen für völlige Dunkelheit – ohne Eigenlichtquelle (Arbeitsschutz)
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Stand der Technik: Es gibt im Rahmen des Arbeitsschutzes sehr einfach arbeitenden Blendschutzbrillen die hauptsächlich im dunklen getragen werden – z. B. in Forschungs- und Entwicklungslaboren in denen es zur Durchführung der Arbeit dunkel sein muss (Licht- und LASER-Experimente, BioTech) oder von Hautärzten während einer Therapie mit Lichtpulsen hoher Intensität (Intense pulsed light – IPL Therapy) oder dergleichen.
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Diese Schutzbrillen sind für die Arbeitsausführung oft ungeeignet, weil sie nur zwei Zustände kennen, nämlich auf und zu, und zudem falsch reagieren, da zu wenige Fotosensoren außen angebracht sind, die die Flüssigkristall-Gläser lediglich ansteuern, aber nicht in Echtzeit regeln, wie in Patentanmeldung
DE 10 2014 107 587.0 angegeben.
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Zudem bleibt der Transmissions-Zustand der Gläser (auf oder zu) bei Dunkelheit unbekannt, da weder eine Steuerung, noch einen Regelung zuverlässige „Istwerte” liefern kann.
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Sogar eine Regelung hätte in völliger Dunkelheit (z. B. um Null Lux herum) das Problem, dass der Istwert zu klein sein kann, um zuverlässige und sicherheitsrelevante Aussagen über die korrekte Funktion der Flüssigkristallzellen zu machen.
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Lösung:
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Daher wird eine aktive Lichtschranke (LS in 4B) pro Augenglas (links und rechts) beansprucht, bestehend aus einen aktiven Lichtemitter (LED in 4B) und einem gegenüberliegenden, weiteren Innen-Sensor (IS2), womit durch die Flüssigkristallzellen hindurch deren Transmission konkret über einen weiten analogen Dynamikbereich gemessen werden kann – selbst bei völliger Dunkelheit.
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9) Unsichtbare Farbmarkierung von Gegnern oder Zielen (Engl. LASER/LED Designation)
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Derzeit gibt es keine Anti-Blend-Systeme im Markt, die einerseits nach außen hin (aus Sicht Dritter) völlig neutral und kompatibel sind zu bestehenden zugelassenen Scheinwerfersystemen – insbesondere bezüglich Helligkeit (Lumen) und Farbe (sichtbares Weißlicht) – aber andererseits nach innen hin (aus Sicht des Trägers/Anwenders) diverse Variationen in Helligkeit und geheimer Farbmarkierung (Designation) aufgrund geeigneter Multiplex- und Demultiplex-Verfahren (Phasenlage, Frequenz, Amplitude) zulassen.
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Lösung:
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Wie man diese Anforderung bezüglich der zeitintegralen Helligkeit (Lumen) erfüllen kann wurde schon oben in 1 (mittlerer Graph) mit „Eigenlichtpulsen konstanter Energie” beschrieben.
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Man kann derzeit keine Systeme im Markt finden, die unterschiedlichen Farben im Innenverhältnis einer Gruppe „A” zulassen, so dass jedem Teilnehmer eine frei wählbare Lichtfarbe zugeordnet wird, die nur er selber sehen kann – und in abgeschwächter Form auch seine Gruppenmitglieder.
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Das Verfahren bestimmte gegnerische Ziele farbig zu markieren – oder der Markierung sogar noch eine geheime Codierung zuzufügen wird insbesondere vom Militär angewendet, mit Hilfe sogenannter LASER-Markierer (Engl. LASER-Designator).
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In Analogie zu diesen Farb-Markierern gibt es derzeit am Markt und nach Stand der Technik KEINE einzelnen oder gruppentauglichen Multi-Kanal (mehrfarbige) Lichtquellen, zum Beispiel in Form einer speziellen „Gewehrtaschenlampe” (d. h. eine High-Power-LED-Taschenlampe mit kleinem Öffnungswinkel („Spot”) die auf einem Gewehr montiert ist) – wenngleich der Bedarf für solche Einzel- und Gruppenanwendungen vorhanden ist.
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Bedeutungs- und Personenzuschreibung: Zuvor wurde im Team vereinbart, dass eine bestimmte Farbe für einen bestimmten Soldaten und/oder für ein bestimmtes Angriffsziel steht, so dass diese Farbe eine Bedeutung bekommt, die allen Teammitgliedern bekannt ist (Bedeutungs- und Personenzuweisung).
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Insbesondere ist der Bedarf an solchen Systemen gegeben, wenn a) die Lichtfarbe für Außenstehende nicht erkennbar ist (Informations-Asymmetrie) und b) die Gegner im Glauben sind, es handle sich lediglich um eine „normale Weißlicht LED Lampe”.
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Daher wird als Neuheit beansprucht, die sogenannte „unsichtbare Farbmarkierung” (weil für Dritte nicht sichtbar) von beliebigen Zielen und Objekten mit der jeweiligen Eigenlichtquelle.
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Optional dazu kann die Eigenlichtquelle, wie schon oben unter der Überschrift „Codierung mit geheimem Schlüssel” beschrieben, nach wie vor mit einem geheimen Puls-Sprungverfahren versehen werden, so dass generische Einheiten die Farben nicht dekodieren können und auch die Gesamtsysteme (Scheinwerfer mit Brille) nicht stören können.
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Hierzu werden Eigenlichtquellen verwendet, die nicht nur in ihrer Amplitude moduliert werden können, sondern auch in ihrer Farbe (Wellenlänge).
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Neben Wellenlängen durchstimmbaren Lichtquellen wie Oszillatoren (OPO, OPA-Lasern etc.) bieten sich im einfachsten Falle leistungsstarke RGB-LASER, oder noch einfacher, leistungsstarke RGB-LED an, die über typischerweise 3 separat ansteuerbare Kanäle verfügen – nämlich für die sogenannten Primär-Farben „rot, grün und blau”, gemäß RGB-Farbmodell, die in entsprechender Überlagerung (Summe) weißes Licht ergeben.
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Auch andere Arten und Kombinationen von Primär-Farben in der nähe des RGB-Farbmodells sind denkbar, solange sie in der Summe weißes Licht ergeben.
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Die Kanäle R = Rot, G = Grün, B = Blau gemäß 5 im ersten Kanal (Ch#1), jeweils getrennt dargestellt in den unteren 3 Diagrammen (IE von R, G, B) werden NICHT notwendigerweise absolut zeitgleich ausgesendet, sondern es kann beispielsweise der Blaukanal auch mit einer leichten zeitlichen Verzögerung nach Rot und Grün ausgesendet werden, jedoch so kurz danach (wenige Millisekunden später), dass das menschliche Gehirn dies nicht als Flackern wahrnimmt, sondern stets als weißes Licht.
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Der Unterschied für den Träger der Brille mit der Kanalbezeichnung (Ch#1) besteht jedoch darin, dass in dem Zeitschlitz (Ton) in dem die Brille geöffnet ist (TR nahe 100%) die beiden Farben Rot und Grün von der Eigenlichtquelle ausgesendet werden – und die Farbe Blau erst zeitlich dann, wenn die Brille bereits wieder geschlossen ist (TR nahe 0% = OFF).
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Im Diagramm ist dieser Blau-Puls bezeichnet mit „B1 und Oberstrich”, wobei der Strich über dem Buchstaben „negiert” bedeutet bzw. in diesem Kontext für „unsichtbar für Kanal 1” steht.
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In der 5 ist dies symbolisch mit dem Buchstaben „Y” oberhalb der geschweiften Klammer angedeutet, weil die Summe aus Rot und Grün die Mischfarbe Gelb (Engl. Yellow) ergibt.
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Der Träger der Brille No. 1 bzw. mit dem Kanal 1 (Ch#1) sieht also gelbes Licht.
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Es wird also wenigstens ein Mehrkanal-Zeitmultiplex-Verfahren bezüglich der 3 Kanäle RGB und der jeweiligen Brillen verwendet.
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In der 5 ist im Kanal 2 (Ch#2 erkennbar), dass sich hier die Farben Rot und Blau (R + B) in dem Zeitschlitz (Ton) mischen, in dem die Brille des Kanals 2 offen ist – angedeutet durch die geschweifte Klammer mit dem Buchstaben „M” der für Magenta steht, da Magenta aus der Mischung von Rot und Blau entsteht.
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Der Träger der Brille Nr. 2 bzw. mit dem Kanal (Ch#2) sieht als Magentafarbenes Licht.
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Damit der Träger der Brille Nr. 1 bzw. mit dem Kanal 1 (Ch#1) eine Idee davon bekommt, welches Ziel sein Nachbar mit Kanal 2 gerade anleuchtet (zwecks geheimer Markierung), wird die Brille Nr. 1 im Zeitschlitz des Kanal 2 nur ein wenig aufgehen, z. B. von nahe Null Prozent (Brille geschlossen) auf beispielsweise frei einstellbare 25% Transmission (Durchlässigkeit), so dass auch der Träger 1 die Farbe Magenta des Trägers 2 sieht.
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Da nur 25% sichtbar sind, kann sich der Träger 1 besser auf sein eigenes Licht konzentrieren; kann aber je nach Einsatz und Anwendung den Grad dieser Abschwächung frei verändern zwischen Null (andere Teammitglieder ausblenden) und 100% (alle anderen genauso hell sehen wie die eigene Farblichtquelle).
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Das Verhalten der unterschiedlichen Transmissionsgrade TR (Ch#1, 2, 3) lässt sich schlecht in ein einziges Diagramm zeichnen, weil sich „zeitgleiche Signalflanken” (durchgezogene, gestrichelte und gepunktete Linie in 5) eigentlich überlappen, aber zur besseren Erkennbarkeit in 5 nicht überlappend gezeichnet wurde, sondern minimal versetzt.
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Damit dieser Versatz, der aus rein darstellerischen Gründen eingezeichnet wurde, nicht missverstanden wird, wurde zur Verdeutlichung noch 6 erstellt – in der man deutlich erkennen kann, dass jede Brille bzw. jeder Kanal (1 bis 3) in Wirklichkeit ungefähr gleich breit ist (gleiches Ton), und dass im Zeitschlitz der anderen Kanäle die jeweilige Brille ganz leicht öffnet (z. B. etwa 25%).
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Die 6 stellt also nur nochmals das obere Diagramm der 5 dar – allerdings mit separaten Kanälen. Die Variablen (x%, y%, z%) sollen darstellen, dass jeder Nutzer den Grad der Erkennbarkeit der anderen Teilnehmer/Farben frei einstellen kann – je nach seiner Rolle im Team oder nach persönlichen Präferenzen.
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In 5 sind nach Ablauf der Zykluszeit (T) diverse beispielhafte Modulationsverfahren für die RGB-Quellen dargestellt: In Analogie zu der eingangs beschriebenen Methode der konstanten Energie pro Puls (Fläche A) kann auch eine RGB-Quelle so moduliert werden, dass die einzelnen RGB-Kanäle zeitlich schmaler aber dafür höher in der Intensität werden – und umgekehrt.
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Dies ist problemlos möglich, weil RGB-LED oder RGB-LASER relativ schnell (deutlich hochfrequenter als die Brille) in Phase und Amplitude moduliert werden können.
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Somit kann die exakte Position (Phase) eines einzelnen RGB-Pulse innerhalb der Öffnungszeit der Brille (Ton) problemlos variiert werden, sei es von Gesamt/Gruppe-Zyklus zu Gesamt/Gruppen-Zyklus (ca. 70 bis 140 Hz), oder sogar extrem schnell (>> 1 kHz) innerhalb eines Zyklus, so dass man eine Phasenmodulation oder eine PSK auf jeden einzelnen RGB-Kanal aufbringen kann, die von anderen Brillen oder sonstigen Empfängern erkannt werden, und beispielsweise auch zur „optischen Synchronisation” der Brillen herangezogen werden könnten, da die Außen- und Innensensoren (OS, IS) der Brillen stets schnell genug dafür sind (sofern ein synchronisierender Funkkontakt zwischen den Brillen aus irgendwelchen Gründen ausfallen sollte oder nicht gewünscht wird).
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Abgesehen von der rein visuellen Farbmarkierung von Objekten, kann diese Phasenmodulation zusätzlich mit einem geheimen Schlüssel und geheimen Informationsinhalten derart codiert sein, so dass auch sonstige geheime Informationen (z. B. um welche Art von Ziel handelt es sich, Name, etc.) – im Sinne einer „vollständigen Markierung” („full information designation”) auf ein Ziel oder Objekt aufgebracht werden.
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Diese vollständige Information kann wiederum von den Aussen- und Innensensoren (OS, IS) oder auch gesonderten Empfangs- und Dekodier-Einheiten entschlüsselt werden.
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In 5 ist auf dem dritten Zeitstrahl von oben (IE Grün) rechts, jenseits der Periodendauer T die Aufspaltung des Grün-Impulses in zwei zeitlich halb so breite Pulse (G1' und G1'') zu sehen (2 × ½ Ton) – rechts oberhalb bezeichnet mit A = konstant, was dem schon erklärten Prinzip der konstanten Energie pro Puls entspricht.
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Darüber steht zudem „xPSK”, was bedeuten soll, dass mit zwei getrennten Pulsen, ähnlich wie „Di-Bits”, die in Phasen-Relation zueinander oder auch in Relation zur Zeitachse variieren und springen können, nahezu x-beliebige Phasen-Modulationsverfahren ermöglichen – theoretisch auch QPSK und ähnliche Verfahren.
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Auf dem unteren Zeitstrahl (IE Blau) ist ganz rechts außen die Aufspaltung des Blau-Pulses zu sehen, in (B2' und B2'' – jeweils oben negiert), allerdings nur in halber Höhe (Amplitude 0,5 IN).
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Auch in diesem Beispiel wird deutlich, dass die Fläche A (die Energie des Pulspärchens) konstant bleibt – allerdings kann die Amplitudeninformation wie bei einer Amplitudenmodulation (AM) ebenfalls zur Informationsübertragung genutzt werden – ggf. auch wiederum mit einem geheimen Schlüssel kodiert.
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Auch Mischformen aus beliebigen FSK, x-PSK und AM Verfahren sind daher möglich.
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Die Synchronisierung der Brillen und Eigenlichtquellen erfolgt in der Regel über Funksignale, kann aber auch optisch erfolgen.
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Die Synchronisierung kann nach einem bestimmten Hierarchie-System erfolgen, wonach ein Teilnehmer stets „Master” ist und alle anderen stets „Slave” – und bei Ausfall des Masters, können nach einem einprogrammierten Rangprinzip ein bestimmter anderer „Slave” zum neuen „Master” werden – usw.
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Diese Hierarchie kann im Rahmen einer gemeinsamen Initialisierungsroutine (Startup-Phase) zeitlich vor einer Einsatz-Mission geschehen, aber auch mitten im Geschehen – sei es via Funk oder optisch, aufgrund einer einprogrammierten codierten Erkennung, ähnlich wie man es von Multi-User-IT-Systemen (LAN, WLAN, Token-Ring etc.) bereits kennt.
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Zudem kann dieses Mulit-User-Gesamtsystem auf Kosten einer etwas geringeren Kanalanzahl so betrieben werden, dass der Pulsweiten-Modulationshub der Brille etwas erweitert wird (siehe 5 oben rechts im Diagramm TR, rechts jenseits der Periode T, gekennzeichnet mit gestrichelter Flanke und PWM (PWM).
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Diese Erweiterung des PWM-Modulationshubes hat den Vorteil, dass die Brille bei leichter Dämmerung (z. B. 0 Lux bis 100 Lux), weiterhin mit analogen Graustufen geregelt werden kann. D. h. selbst bei einer Multikanal-Gruppenanwendung mit unsichtbarer Farbmarkierung kann die Brille zwecks analogen Graustufenregelbetriebs, nahtlos in Richtung Tagfahrbrille gemäß Patentanmeldung
DE 10 2014 107 587.0 betrieben werden.
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Die Eigenlichtquelle muss übrigens nicht notwendigerweise ausschließlich aus leistungsstarken RGB-LEDs oder RGB-LASERN bestehen, sondern kann auch aus anderen Hochleistungs-Weißlicht-LEDs bestehen, die beispielsweise den Hauptanteil des Eigenlichts ausmachen, während die rot-grün-blau-Komponenten nur additiv zwecks Farbgebung hinzugemischt werden.
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Dies kann erreicht werden, indem sich im Scheinwerfer/Reflektor neben den Weißlicht-LEDs auch mindestens eine oder mehrere RGB-LEDs/LASER befinden.
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In dem kurzen Zeitschlitz (Ton) in dem die eigene Brille offen ist, wird von der Eigenlichtquelle neben dem bereits in 1 (mittlerer Graph) dargestellten Weißlichtimpuls gleicher Fläche (Energie) auch eine bestimmte Farbe ausgesendet.
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D. h. die beiden Modulations-Verfahren (Weißlicht und unsichtbare Farbmarkierung) lassen sich kombinieren, so dass es sich nach wie vor um ein nahtlos funktionierendes Gesamtsystem handelt.
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Auch die bereits in 1 (unterer Graph) gezeigte Blendwaffe (LASER-Dazzer) kann nach wie vor parallel zu der hier beschriebenen unsichtbaren Farbmarkierung weiter benutz werden, da dieser nur dann eingeschaltet ist, wenn die Brillen sämtlicher Kanäle (Ch#1, 2, 3, etc.) jeweils geschlossen sind (minimale Transmission).
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das Gesamtsystem die nahtlose Verwendung von mehreren Brillen (Kanälen), unsichtbarer und optional codierter Farbmarkierung, samt codierter und behördlich zugelassener Weißlichtquellen (konstanter integraler Leistung) sowie von Blendwaffen ermöglicht – und das Ganze auch nahtlos in Graustufen von 0 Lux in den Dämmerungsbereich hinein regelnd.
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Weiterhin kann dieses Gesamtsystem, welches vornehmlich für Sicherheitsbehörden und Militär entwickelt wurde, auch mit der verbesserten Ablesbarkeit von Displays kombiniert werden (2 bis 4).
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10) Verbesserung der dreidimensionalen Sicht bzw. der 2,5 D-Sicht
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Zivile Objekte oder militärische Ziele erscheinen in großen Entfernungen aufgrund des begrenzten menschlichen Augenabstandes zunehmend eindimensional.
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Die Erkennbarkeit ist dadurch eingeschränkt, so dass sich die Aufgabe stellte, mit Hilfe des bereits oben beschriebenen Gesamtsystems auch die dreidimensionale Sicht zu verbessern.
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Lösung:
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In 7 ist der Augenabstand bzw. die Pupillendistanz (PD) zu sehen – sowie ein beliebiges Objekt (1) welches sich aufgrund der begrenzten Blattgröße/Zeichnungsgröße scheinbar unmittelbar vor der Brille (F) befindet, aber in Wirklichkeit mehr als 10 Meter oder sogar einige hundert Meter entfernt befindet – je nach Reichweite der nunmehr separierten Eigenlichtquellen S1(L) und S1(R).
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Es wird Bezug genommen zu dem oben beschriebenen Gesamtsystem, indem bereits die unsichtbare Farbmarkierung mittels RGB-Quellen und die Weißlichtmodulation ausführlich erklärt wurden.
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Dieses System wird in diesem Anspruch erweitert, indem jedes Auge als eigener Kanal (rechts, links) betrachtet wird.
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Die völlig getrennte Echtzeit-Helligkeitsregelung von zwei Augen mittels Brille (2 getrennte Regelungen), sogar unter Berücksichtigung von absichtlichen Helligkeitsdifferenzen (HDR-Sehen) und unter Berücksichtigung von physiologischen Besonderheiten wurde bereits in der Patentanmeldung
DE 10 2014 107 587.0 beschrieben.
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Auf solch eine Brille wird hier Bezug genommen – d. h. eine solche Brille in 7 vorgesehen.
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Allerdings wird hier zusätzlich als Neuheit beansprucht, dass der Mikrokontroller (MC) auch zwei getrennte Eigenlichtquellen ansteuern kann.
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Gemäß 7 befinden sich diese Eigenlichtquellen rechts und links vom Träger eines solchen Systems, allerdings in einem größeren Abstand (DS1 L-R) als der eigene Pupillenabstand (PD).
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Die Flüssigkristalle der Brille 1 eines Trägers/Kanal 1 (siehe Kanalbetrieb Ch#1, 2, 3 mit unsichtbarer Farbkodierung oben) werden dabei wechselseitig nacheinander, aber niemals gleichzeitig geöffnet, so wie im Diagramm TR(L) und TR(R) dargestellt.
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Da es sich nach wie vor um ein Zeitmultiplex-Verfahren handelt, geht dies auf Kosten der freien Kanäle (Nutzer), so dass in etwa nur die Hälfte aller Nutzer in eine Gruppenanwendung eingebucht werden können, sofern alle Teilnehmer die 3D-Verstärkung nutzen wollten.
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Das Farbmischverfahren ist mit der bereits oben beschriebenen „unsichtbaren Farbmarkierung” im Grunde identisch, nur mit dem Unterschied, dass pro Auge eine deutlich voneinander unterscheidbare Farbe verwendet wird, z. B. Gelb links (Y in 7) und Magenta rechts (M in 7).
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Aus Platzgründen wurde in 7 nicht jeder einzelne RGB-Kanal aufgezeichnet, sondern direkt die Farbsumme pro Auge (Augenkanal, L, R), erkennbar an der Bezeichnung R1 + B1 im Kanal IE (L) – und im Totzeitschlitz, wo beide Brillengläser geschlossen sind, folgt der Lichtpuls B1 (oben negiert), damit für eine außen stehenden Dritten, das Gesamtsystem wieder in neutralem Weißlicht erscheint.
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Auf dem rechten Augenkanal IE (R) addieren sich beispielhaft R1 + B1 zu M (Magenta) – gefolgt von einem Grünpuls G1 negiert, d. h. im Totzeitschlitz in dem beide Augengläser geschlossen sind.
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Das Grundprinzip ist also prinzipiell identisch mit der „unsichtbaren Farbmarkierung”, so dass hier das Verfahren nicht weiter vertieft werden muss.
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In 7 sind außerdem rechts, jenseits der Periodendauer T die schon vorgestellten Phasenmodulationsverfahren und xPSK-Verfahren angedeutet, die ebenfalls identisch sind mit der Beschreibung zur „unsichtbaren Farbmarkierung”.
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Insgesamt führt dieses Verfahren zu einer besseren 3D-Wahrnehmung, die in der Fachliteratur genau genommen als „2,5D” bezeichnet wird, da man nicht vollständig hinter das Objekt schauen kann.
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Das Verfahren funktioniert auch mit einem Gemisch aus moduliertem Weißlicht und RBG-Licht, so dass das System zum oben genannten Mischen von hochfrequenten RGB-LED/LASER-Modulen mit etwas langsameren Weißlicht-LED kompatibel ist.
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Die Verwendung von reinem Weißlicht (ohne RGB-Quellen) ist ebenfalls möglich, insbesondere indem der Abstand der Quellen DS1(L-R) noch mehr vergrößert wird – und/oder indem man den linken und rechten Kanal wechselseitig deutlich wahrnehmbar aufblinken oder wechselseitig hin und her blinken lässt, z. B. mit gut wahrnehmbaren 2 bis 10 Hz, was durch entsprechende Ansteuerung der Eigenscheinwerfer und der Brille möglich ist.
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11) Verbesserung der Sehweite durch Ausblendung von Reflexionen im Nahbereich bei Schneetreiben, Nebel oder sonstigem Partikelniederschlag.
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Auf Basis der des oben vorgestellten Gesamtsystems (alle obigen Ansprüche), kann dieses System noch derart erweitert werden, dass Lichtreflexion von herunterfallenden oder aufsteigenden Partikeln im Nahbereich eines Trägers eines solchen Systems ausgeblendet werden.
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Aus der alltäglichen Praxis kennt man das Problem beispielsweise vom nächtlichen Autofahren bei Schneetreiben, wobei die Schneeflocken unmittelbar vor dem Fahrzeug bzw. vor den Scheinwerfern aufgrund der höheren Leuchtdichte besonders hell erscheinen, ja geradezu „blenden”, so dass die Sicht weiter nach vorn, in die Raumtiefe hinein, behindert wird.
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Lösung:
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Dieses Problem ist in 8 dargestellt, worin in einer Entfernung d1 ein Reflexionspartikel RP1 das Licht Gamma1 in Richtung Fahrer reflektiert.
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Werden mit sehr speziellen LASER- oder LED-Basierten Scheinwerfern ultrakurze Pulse mit Pulsweiten von wenigen Nanosekunden erzeugt, so können diese mit dem bereits bekannten „LIDAR Prinzip” über ihre Laufzeit mit Hilfe eines ebenso schnellen Shutters für den Nutzer aus- oder eingeblendet werden.
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Das LIDAR/LaDAR-Prinzip gehört zwar zum Stand der Technik (siehe dort), jedoch wurde es noch nie im Zusammenhang mit einem Sichtverbessernden Gesamtsystem verwendet, so wie es oben beschrieben ist.
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Daher wird hier als Neuheit beansprucht, dass eine Shutterbrille so angesteuert wird, dass diese erst zeitlich später öffnet, nachdem die Reflexion des Eigenlichtes an dem räumlich nahen Partikel (RP1) zeitlich abgelaufen ist (t2 in 8).
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Die Zeitachse in 8 ist auch wie eine räumliche Achse zu verstehen, da nach Multiplikation mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit c sich die Strecken ergeben (d = c × t) – und umgekehrt sich die entsprechend Zeiten t ergeben, wenn man die Summe vom Licht zurückgelegten Strecken durch die konstante Lichtgeschwindigkeit c dividiert. t2 = (d + d1)/c
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Nach Durchlaufen der Strecke d (Scheinwerfer bis naher Partikel) und d1 (naher Partikel bis Brille) ist die Zeit t2 verstrichen (siehe 8).
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Wenn der Shutter der Brille aber erst zeitlich nach Verstreichen der Zeit t2 öffnet, so wie in 8 mit TR (= on) dargestellt, so wird der Richtreflex unterdrückt (supp in 8) und dementsprechend nicht sichtbar.
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Schneeflocken oder sonstige Partikel oder Nebel werden dadurch nicht unsichtbar – sie erscheinen vielmehr als schwarze Punkte –, aber die Gesamtsicht wird aufgrund verminderter Blendung in die Raumtiefe hinein deutlich verbessert.
