-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung,
ein Verfahren und ein System zur Verringerung der Blendwirkung im
Straßenverkehr
durch die Beleuchtungsanlagen anderer Fahrzeuge sowie mit dieser
Vorrichtung ausgestattete Fahrzeuge.
-
Insbesondere bei Nacht und schlechten
Wetterverhältnissen
stellt die Blendung von Verkehrsteilnehmern durch die Scheinwerfer
entgegenkommender oder nachfolgender Fahrzeuge eine erhebliche Gefährdung dar.
Die dabei auftretenden schnellen Wechsel zwischen hell und dunkel
führen
zur vorzeitigen Ermüdung
des Fahrers und damit steigendem Unfallrisiko.
-
Um dieser Problematik zu begegnen,
wurden in der Vergangenheit verschiedene Systeme vorgeschlagen.
So bietet beispielsweise der ADAC als Brillen ausgestaltete Neutralgraufilter
zur Blendvermeidung für Fahrzeugführer an.
Ferner werden in der
DE 2 229
600 Blenden vorgestellt, die ebenfalls als Brillen ausgestaltet
sind. Dabei sind diese Brillen in denjenigen räumlichen Bereichen der Brillengläser, die
vom Licht entgegenkommender Fahrzeuge passiert werden, wahlweise
als Neutralgraufilter (spektral nicht selektiv) oder Spektralfilter
mit einem Absorptionsmaximum im Bereich des spektralen Emissionsmaximums
der üblichen Fahrzeugscheinwerfer
ausgebildet. Außerhalb
der beschriebenen Bereiche bestehen die Brillen aus Klarglas.
-
Diese Blenden weisen jedoch eine
Reihe von Nachteilen auf, die die Umsetzung eines derartigen Systems
in die Praxis bislang verhindert haben. So führt die Ausgestaltung des Filters
als räumlich
begrenzter Bereich innerhalb eines Brillenglases zu hohen Helligkeitsunterschieden
innerhalb des Gesichtsfeldes und läßt das Auge vor allem in Bereichen
mit vielen Lichtquellen außerhalb
der Fahrbahn (z. B. in Städten)
rasch ermüden.
Undefinierte optische Eigenschaften an den Grenzflächen zwischen
Filter- und Klarglasteil der Brille beeinträchtigen die Sicht zusätzlich.
Die Grau- bzw. Spektralfilterung führt zu einer generellen Verdunkelung
der Umgebung (auch des Lichtes der eigenen Scheinwerfer) und erschwert
somit die Wahrnehmung nicht selbstleuchtender Objekte auf der Fahrbahn
(Fußgänger, Tiere,
sonstige Hindernisse, Verkehrszeichen). Im Fall der in der o. g.
Schrift vorgeschlagenen spektral selektiven Filterung wird insbesondere
die Wahrnehmung von Verkehrszeichen in ihren Originalfarben erheblich
erschwert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
die Blendung von Fahrzeugführern
bei Nacht oder schlechten Sichtverhältnissen durch andere Verkehrsteilnehmer
möglichst
zu vermeiden, ohne die Sicht des Fahrers oder seine Farbwahrnehmung
erheblich einzuschränken.
-
Diese Aufgabe ist durch die in Hauptanspruch
1 und in den nebengeordneten Ansprüchen 12, 13, 14 und 15 angegebenen
Merkmale gelöst.
Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
-
Erfindungsgemäß werden in den Lichtweg zwischen
den Scheinwerfern der anderen Verkehrsteilnehmer und den Augen des
Fahrers ein oder mehrere spektrale Filter angebracht. Das Transmissionsspektrum dieser
Filter zeigt ein Linienmultiplett aus wenigstens zwei Linien und
weist keine ausgeprägte
Eigenfarbe auf. Die Filter lassen sich als sogenannte Interferenzfilter
realisieren und sind im Fachhandel erhältlich; typische Transmissionsspektren
und Spezifikationen sind in den 1 und 2 dargestellt.
-
Dabei stellt 1 das Transmissionsspektrum eines selektiv
blockenden Filters dar. Hier werden zwei Linien im sichtbaren Bereich
ausgeblendet. Bei geeigneter Wahl von spektraler Lage, Breite und
Intensität der
Linien weist das resultierende Spektrum keine ausgeprägte Eigenfarbe
auf. Gut erkennbar ist hier die hohe Kantensteilheit der beiden
Peaks und die damit verbundene scharfe Abgrenzung der Linien. 2 zeigt ein Beispiel eines
selektiv transmissiven Interferenzfilters, wie es beispielsweise
im 3D-Projektionssystem „Infitec" von TAN und DaimlerChrysler
verwendet wird. Die spektrale Halbwertsbreite der Linien liegt hier
im Bereich von ca. 20 nm bis ca. 55 nm. Auch hier sind die Flanken
der Transmissionsmaxima steil und damit scharf abgegrenzt.
-
Die Wahrnehmung der Umgebung durch
diese Filter entspricht bei richtiger Wahl von Lage und Form der
Linien im Wesentlichen der von handelsüblichen Klarglasbrillen her
bekannten; somit wird die Umgebung und insbesondere Verkehrszeichen
weitgehend in ihren Originalfarben wahrgenommen. Da hier das Filter
keine Helligkeitsunterschiede innerhalb des Gesichtsfeldes verursacht,
entfällt
die im vorigen Absatz angesprochene Ermüdungsproblematik vollständig; ebenso
entfallen die angesprochenen Grenzflächen zwischen Klarglas und
Filter. Es ist vorteilhaft, das Transmissionsspektrum der Filter
so zu wählen,
dass das Licht von im Straßenverkehr üblicherweise
auftretenden Lichtquellen (konventionelle Fahrzeugscheinwerfer,
Ampeln, Straßenbeleuchtung)
weitgehend unabgeschwächt
und farblich nicht verfälscht
transmittiert wird.
-
Für
eine ausreichende Wahrnehmung der Umgebung ist es besonders vorteilhaft,
die Transmissionsbereiche der Filter in den Spektralbereichen zu
wählen,
in denen die Farbrezeptoren des menschlichen Auges ihre maximale
Empfindlichkeit besitzen. Diese Bereiche und ihre jeweilige spektrale
Breite sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
-
-
Eine mit geringem Aufwand zu realisierende
und leicht handhabbare Ausgestaltung der Filter besteht darin, sie
als Brille zu gestalten. Dadurch werden keine Umbaumaßnahmen
im Interieur des Fahrzeuges notwendig und der Fahrer kann selbst
auf einfache Weise über
den Einsatz der Filter entscheiden. Die Blendverringerung erfolgt
auf diese Weise immer in der Blickrichtung des Fahrers, somit wird
auch an Einmündungen und
Kreuzungen die Blendung durch Querverkehr verringert bzw. vermieden.
Für Brillenträger haben
sich Aufsteckgläser
in ähnlicher
Weise, wie sie bereits zum Sonnenschutz verwendet werden, bewährt.
-
Falls das Tragen der Brille als störend empfunden
wird, lassen sich die Filter entweder ausklappbar als Teil der bereits
vorhandenen Sonnenblende oder in diese integriert zu realisieren.
Auch hier kann der Fahrer durch Hoch- oder Herunterklappen der Filter
die Entscheidung über
deren Einsatz selbst treffen.
-
Eine Blendvermeidung in jeder gewünschten
Richtung ohne die Notwendigkeit des Tragens eine Brille läßt sich
dadurch erreichen, daß Teile
der Fahrzeugscheiben die angesprochene Filtercharakteristik aufweisen.
-
Zusätzlich zur Blendvermeidung
wird eine weitere Verbesserung der Sicht des Fahrzeugführers dadurch
erreicht, dass die Scheinwerfer des zugehörigen Fahrzeuges in ihrer Emissionscharakteristik
auf die Transmissionseigenschaften des Filters abgestimmt sind.
-
Die Abstimmung wird dabei so gewählt, daß die Emissionscharakteristik
des Scheinwerfers und die Filtercharakteristik einen hohen Überlapp
zeigen, d. h. wesentliche Anteile des emittierten Lichtes liegen
im Bereich hoher Durchlässigkeit
des Filters und werden somit nur wenig oder gar nicht gedämpft.
-
So wird von Objekten im Bereich der
eigenen Scheinwerfer zurückgeworfenes
Streulicht nahezu ohne jede Abschwächung transmittiert und die
Wahrnehmung etwaiger beleuchteter Hindernisse oder Verkehrszeichen
nicht eingeschränkt.
-
Unter nicht überlappenden Filtern oder Emissions-/Filtercharakteristiken
wird im folgenden verstanden, daß emittiertes bzw. durch Filter
transmittiertes Licht im Bereich geringer oder keiner Durchlässigkeit
des Filters liegt und somit stark oder vollständig gedämpft wird.
-
Die Abstimmung von Filter und Scheinwerfer
auf einander kann auf zwei mögliche
Arten geschehen:
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung besteht darin, dass das Filter ein Transmissionspektrum von
der Art des in 1 dargestellten
aufweist. Hier wird der überwiegende
Teil des sichtbaren Spektrums nahezu ungehindert transmittiert und
es werden nur einzelne selektive Linien ausgeblendet. Für eine Sichtverbesserung
genügt
es hier, wenn der Großteil
der spektralen Anteile des eigenen Scheinwerferlichtes außerhalb
der durch die Filter ausgeblendeten Spektralbereiche liegt (3). Das Licht entgegenkommender
Fahrzeuge wird hier durch die Filter in den beschriebenen Spektralbereichen
abgeschwächt.
Eine besonders wirksame Blendvermeidung wird hierbei erreicht, wenn
die Intensitätsmaxima
des von den Scheinwerfern der entgegenkommenden Fahrzeuge emittierten
Lichtes im Bereich der selektiv geblockten Frequenzbereiche der
Filter liegen.
-
Besonders bewährt hat sich neben dem statischen
Beibehalten der Emissions- und Filtercharakteristik, diese einzeln
oder gemeinsam situationsabhängig
anzupassen. Hierdurch wird es möglich,
die Wahrscheinlichkeit einer Blendung durch entgegenkommende Fahrzeuge
weiter zu verringern, indem durch Anpassung die blendenden Frequenzbereiche
adaptiv geblockt werden.
-
Die Anpassung des Emissionsspektrums
der Scheinwerfer kann z. B. entweder durch die Vorschaltung drehbarer
Filterscheiben mit segmentweise unterschiedlichen Transmissionseigenschaften
oder durch die Modifikation des Emissionsspektrums der zugehörigen Lichtquelle
selbst erreicht werden. LEDs oder Halbleiterlaser bieten hierzu
gute Möglichkeiten.
Die steigende Verfügbarkeit
solcher Bauteile, ihr sinkender Preis sowie ihre vorteilhaften spektralen
Eigenschaften wie einfache Ansteurbarkeit und schmalbandige Lichtemission
werden einen Einsatz von LEDs oder Halbleiterlasern als Fahrzeuglichtquellen
in naher Zukunft bewirken.
-
Für
den Fall spektral einstellbarer Scheinwerfer und statischer, d.
h. spektral nicht variabler Filter kann beispielsweise über ein
Kommunikationssystem die eigene Filtercharakteristik an ein entgegenkommendes Fahrzeug übermittelt
werden, so dass dieses das Emissionsspektrum seiner Scheinwerfer
so anpasst, daß ein Großteil des
von ihm emittierten Lichtes von den Filtern gedämpft wird. Bei der Verwendung
von unterschiedlichen Filtern in den beteiligten Fahrzeugen wird
die Sicht der jeweiligen Fahrzeugführer im von den eigenen Scheinwerfern
ausgeleuchteten Bereich nicht beeinträchtigt (4).
-
Bei der Begegnung von Fahrzeugen
gleicher Filtercharakteristik kann entweder eine Anpassung des emittierten
Scheinwerferlichtes vorgenommen oder darauf verzichtet werden. Im
ersten Fall erfolgt eine Blendung, die die von konventionellen Fahrzeugen
her bekannte nicht übersteigt;
im zweiten Fall wird die Blendung verringert, allerdings wird auch
die Sicht beider Fahrzeugführer
durch die Abschwächung
des eigenen Scheinwerferlichtes durch die Filter beeinträchtigt.
-
Die Verwendung von fünf unterschiedlichen
spektral nicht überlappenden
Filtern würde
es bei flächendeckender
Verwendung des Systems in 80% aller Fälle ermöglichen, die Fahrbahn ohne
Blendung des Gegenverkehrs und ohne Beeinträchtigung der eigenen Sicht
auszuleuchten. Bei einer Begegnung mit konventionell ausgestatteten
Fahrzeugen ergeben sich keine Nachteile.
-
Eine andere Möglichkeit der Gestaltung statischer
Filter besteht darin, die Transmissionseigenschaften wie in 2 dargestellt zu wählen. Hier
wird der größte Teil
des sichtbaren Spektrums stark oder vollständig abgeschwächt und
nur einzelne Linien werden weitgehend ungehindert transmittiert.
Die Sichtverbesserung wird hier dadurch erreicht, dass die Emissionsmaxima
der eigenen Scheinwerfer in den spektralen Bereichen der Transmissionsmaxima
der Filter liegen (5).
Die Verwendung von fünf
unterschiedlichen spektral nicht überlappenden Filtern würde bei
flächendeckender
Verwendung des Systems Blendung im Mittel in 80% aller Fälle reduzieren;
eine dynamische Anpassung der Emissionscharakteristik ist nicht
zwingend erforderlich. Auch hier treten bei der Begegnung mit konventionellen
Fahrzeugen keine Nachteile auf.
-
Eine vollständige Vermeidung der Blendung
in Verbindung mit Sichtverbesserung läßt sich durch den Einsatz spektral
einstellbarer Filter in Verbindung mit spektral einstellbaren Scheinwerfern
erreichen. Im Fall eines in die Sonnenblende integrierten oder daran
angebrachten Filters, der als Interferenzfilter ausgebildet ist,
läßt sich
eine Änderung
der Transmissionseigenschaften des Filters durch einfaches Verkippen
realisieren. Für
in Fahrzeugscheiben integrierte Filter ist die Änderung der Transmissionscharakteristik
durch elektrooptische (elektrochrome) Effekte realisierbar.
-
Bereits die Auswahlmöglichkeit
aus zwei möglichen
Filter-/Emissionscharakteristiken reicht zur durchgängigen Blendvermeidung
aus. Dabei werden über
eine Steuereinheit die Emissions-/ und Filtercharakteristiken zweier
einander entgegenkommenden Fahrzeuge in der Weise dynamisch angepaßt, dass
die Filter/Emissionscharakteristiken wechselseitig keinen Überlapp
aufweisen und somit weder gegenseitige Blendung noch eine Einschränkung der
Sicht erfolgt. Die Ansteuerung der Steuereinheit kann beispielsweise über Funk,
Ultraschall oder optische Signale wie beispielsweise Infrarotpulse
geschehen; noch einfacher läßt sich dies
mittels der Auswertung der spektralen Eigenschaften des Lichtes
des entgegenkommenden Verkehrs selbst realisieren. Da es in diesem
Fall keiner detaillierten spektroskopischen Untersuchung, sondern
lediglich der Unterscheidung zweier Zustände bedarf, ist der erforderliche
apparative Aufwand gering. Eine oder mehrere wellenlängenselektive
Photodioden sind als Detektor ausreichend. Darüber hinaus wird ein zusätzliches Kommunikationssystem überflüssig und
der Abgleich würde
aufgrund der notwendigen Sichtverbindung in der überwie genden Anzahl der Fälle nur
zwischen den beiden unmittelbar beteiligten Fahrzeugen erfolgen.
-
Bei der Annäherung der beiden Fahrzeuge
detektiert die Empfangseinheit eines der beiden Fahrzeuge als erste
einen möglichen Überlapp
und erzeugt ein Signal, das über
eine geeignete Steuereinheit Scheinwerfer und vorzugsweise den Filter
des eigenen Fahrzeuges in der Weise anpaßt, dass kein wechselseitiger Überlapp
der jeweiligen spektralen Charakteristiken mehr auftritt. Eine Aktion
seitens des anderen beteiligten Fahrzeuges ist in diesem Fall nicht
mehr notwendig. In 6 ist
die Vorgehensweise schematisch dargestellt.
-
Eine weitere Lösung, bei der keine Übermittlung
von Signalen zwischen den Fahrzeugen erforderlich ist, besteht darin,
die Einstellungen der Filter und Scheinwerfer aufgrund der Fahrtrichtung
der Fahrzeuge vorzunehmen. Dabei wird beispielsweise für Fahrzeuge
mit Fahrtrichtung Norden der eine, für Fahrzeuge mit Fahrtrichtung
Süden der
andere Zustand der Scheinwerfer und Filter gewählt, so dass für sich begegnende Fahrzeuge
eine Blendung von vorne herein ausgeschlossen werden kann. Die Detektion
der Fahrtrichtung kann über
einen Kompaß,
ein Navigationssystem oder GPS erfolgen und ist bereits in zahlreichen
Serienfahrzeugen Standard.
