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Schutzschirm gegen Blendung Eine häufige Ursache von Verkehrsunfällen
bei Dunkelheit ist die Blendung des Fahrers durch die Scheinwerfer entgegenkommender
Fahrzeuge. Auch die tiefstehende Sonne oder Straßenbeleuchtungseinrichtungen können
störende Blendungen verursachen. Während gegen das schräg von vorn und oben einfallende
Licht durch einen undurchsichtigen oder schwach lichtdurchlässigen Schirm bekannter
Bauart ein notdürftiger Schutz der Augen des Fahrers erreicht werden kann, ist eine
derartige Vorrichtung gegen die Blendung von der Seite, besonders durch Scheinwerfer
entgegenkommender Fahrzeuge, unwirksam. Denn infolge der Parallaxe, die als der
Winkel zwischen den Verbindungslinien eines Punktes im Blickfeld zu den beiden Augen
erklärt ist, können nicht beide Augen gleichzeitig durch denselben Schirm gegen
die blendende Lichtquelle geschützt werden, ohne die Sicht auf die Fahrbahn vor
dem eigenen Fahrzeug weitgehend oder vollständig zu verhindern. Die Verwirklichung
eines Blendschutzes durch Verwendung polarisierten Lichtes und polarisierende Filter
vor den Augen des Fahrers ist, obwohl physikalisch möglich und bekannt, bis heute
an technischen Schwierigkeiten, wie Lichtverlust und zu hohem Aufwand, gescheitert.
Außerdem hat dieses Verfahren den Nachteil, daß alle Fahrzeuge gleichzeitig mit
den erforderlichen technischen Einrichtungen ausgerüstet sein müssen, wenn der Schutz
wirksam sein soll.
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Die Erfindung betrifft einen Abblendschirm aus totalreflektierenden
Prismen zum Schutze gegen die Blendung durch Fahrzeugscheinwerfer oder andere blendende
Lichtquellen bei freier Sicht in Richtungen ohne Blendwirkung, insbesondere auf
die Straße vor dem eigenen Fahrzeug, und sie besteht darin, daß die totalreflektierenden
Prismen des unmittelbar vor dem Beobachter im Fahrzeug angebrachten Abblendschirmes
senkrecht zur Verbindungslinie der Augen des Beobachters stehen und die Winkel,
die die totalreflektierenden Flächen der Prismen mit den parallelen oder nahezu
parallelen vorderen und hinteren Begrenzungsflächen des Schirmes bilden, von Prisma
zu Prisma um kleine Beträge derart laufend abgestuft sind, daß die Grenzstrahlen
benachbarter Prismen sich in einer gewünschten Entfernung von dem Beobachter schneiden.
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Es ist bereits ein Prismensystem bekannt, das aus mehreren völlig
gleichartigen, ebenen und zueinander parallelen Prismen aufgebaut ist. Dieses kann,
unmittelbar vor einer Lichtquelle angeordnet, dazu dienen, einen Teil des Raumes
vor der Lichtquelle abzuschatten; ferner läßt sich bei Anordnung der Prismen in
horizontaler Richtung vor einem Fenster erreichen, daß aus bestimmten Richtungen,
z. B. von der Straße aus, der Blick durch die Prismen hindurch nicht in das Zimmer,
sondern infolge der Totalreflexion auf zwischen den Prismen, z. B. zu Reklamezwecken,
eingelegte Bilder oder Schriftzüge fällt.
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Die an sich bekannte Totalreflexion wird bei der vorliegenden Erfindung
in einem System von Prismen aus durchsichtigem Material, wie z. B. Glas oder durchsichtigen
Kunststoffen, dazu ausgenutzt, um einen Schirm oder eine Brille zu schaffen, die
in einem vorgeschriebenen Winkelbereich, der insbesondere die Richtungen des die
Blendung verursachenden Lichtes umfaßt, die Lichtstrahlen weitgehend oder vollständig
unterdrückt, während das aus anderen Richtungen kommende, für die Sicht in diesen
Richtungen, insbesondere auf die Straße vor dem Fahrzeug notwendige Licht vollständig
- oder, wenn man die schwache Absorption in dem durchsichtigen Material berücksichtigt,
fast vollständig - hindurchgelassen wird.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen des Blendschutzschirmes nach
der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung mit den daran anschließenden
Patentansprüchen gekennzeichnet.
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Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen erläutert, wobei auf
die Zeichnungen Bezug genommen wird; in diesen zeigt Fig. 1 einen Teil des Prismensystems
mit einigen einfallenden Lichtstrahlen, Fig. 2 die Begrenzung des Blickfeldes durch
einen aus Prismen zusammengesetzten Schirm,
Fig. 3 ein einfaches
Element und ein besonders behandeltes Element, das eine gewünschte Begrenzung des
Blickfeldes zu erzielen gestattet, Fig. 4 den Bereich auf der Windschutzscheibe
eines Fahrzeuges, der von dem Prismensystem bedeckt werden soll, Fig.5 ein anderes
Beispiel eines Prismensystems, das vor der Windschutzscheibe angeordnet ist und
bei dem von den Elementen nach Fig. 3 Gebrauch gemacht ist.
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Fig.6 eine Möglichkeit, wie das Prismensystem zwischen der Windschutzscheibe
und den Augen des Fahrers angeordnet werden kann, Fig. 7 einige Abarten des Prismensystems,
Fig.8 eine mögliche Kombination aus einem Svstem zum Schutz gegen Scheinwerfer und
einem Svstem zum Schutz gegen die Sonne oder eine Straßenbeleuchtung, Fig.9 zwei
gleiche Prismensysteme, von oben gesehen, die in Form einer Brille ausgeführt sind,
Fig. 10 eine Brille, von der Seite gesehen, die kombinierte Systeme gegen Scheinwerfer
und gegen die Sonne oder eine Straßenbeleuchtung trägt.
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In Fig. 1 ist mit 1 das System von Prismen 2 aus Glas oder einem anderen
durchsichtigen Material bezeichnet. Das System 1 als Ganzes wird im folgenden kurz
als Schirm bezeichnet. Die Prismen 2 sind derart angeordnet, daß jeweils zwischen
den zwei Flächen 6
eine dünne Schicht aus Luft oder einem anderen Stoff bleibt,
dessen Brechungskoeffizient von dem des Prismenmaterials abweicht, so daß für bestimmte
Einfallswinkel des Lichtes, die beispielsweise mit 8 bezeichnet sind, Totalreflexion
eintritt. Ein Lichtstrahl 3, der im Sinne des Pfeiles ankommt, kann die Prismen
ohne Ablenkung durchqueren. Dagegen wird ein Strahl s, der mit einer stärkeren Neigung
als die durch die gestrichelte Linie 4 angedeutete und als Grenzrichtung bezeichnete
Richtung ankommt, an der Fläche 6, die die zwei ein Element bildenden Prismen voneinander
trennt, reflektiert. Der Strahl 5 sowie die Strahlen 8 fallen nach der Reflexion
an der Fläche 6 auf die Fläche 7, die zwei benachbarte Elemente voneinander trennt
und durch eine nicht durchscheinende und nicht reflektierende Schicht undurchsichtig
gemacht ist, und werden dort absorbiert. Alle Strahlen, die aus Richtungen rechts
des Grenzstrahles 4 kommen. wie der Strahl 3, durchqueren die Prismen ungehindert.
bis zu einer Neigung von etwa 45° gegen die Richtung 3. von der ab die Flächen 7
die Strahlen unmittelbar absorbieren würden, wobei diese Absorption jedoch für den
Blick nach rechts praktisch keine Rolle spielt, da der Schirm nicht die rechte Seite
der Windschutzscheibe bedeckt. Die Eintrittsfläche jedes Elementes muß seiner Austrittsfläche
parallel sein, damit die Austrittsrichtung eines das Element durchquerenden Lichtstrahles
seiner Eintrittsrichtung parallel ist und somit die scheinbare Lage eines durch
das Prismensystern gesehenen Gegenstandes mit seiner wirklichen. ohne Prismensystem
gesehenen Lage übereinstimmt. Die Prismen sind jedoch so geformt und/ oder angeordnet,
daß die totalreflektierenden Flächen, 6 von Prisma zu Prisma um bestimmte Beträge
gedreht sind. Die Wirkung dieser Maßnahme wird weiter unten an Hand von Fig. 6 und
7 erläutert.
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Fig. 2 zeigt einige Elemente, in der dem Pfeil auf dem Strahl 3 (Fig.
1) entgegengesetzten Richtung gesehen. Die Prismen 2 erscheinen durch die Schichten
7 getrennt, die den Blick nicht stören, da sie sehr dünn und wenig tief sind. Die
Flächen 6 (Fig. 1) sieht man in Fig. 2 nicht. Die Totalreflexion, die an Hand der
Fig. 1 schon erläutert worden ist und die die von links kommenden Strahlen einzudringen
verhindert, läßt den links der gestrichelten Linie 9 gelegenen und durch schräg
aufsteigende Schra.ffzzr bezeichneten Teil undurchsichtig erscheinen, während der
rechts der Linie 9 gelegene Teil durchsichtig bleibt. Wenn man besondere, in Fig.3
beschriebene Elemente benutzt, kann die Trennungslinie zwischen den undurchsichtigen
und dein durchsichtigen Teil beliebig geformt werden, wie es in Fig. 2 durch die
Linie 10 als Beispiel gezeigt ist. Für diesen Fall ist der undurchsichtige Teil
durch fallende Schraffur gekennzeichnet.
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Fig.3 zeigt als Beispiel zwei verschieden gebaut Elemente, deren jedes
aus zwei Prismen zusammengesetzt ist. Das linke Element in Fig. 3, dessen Oberflächen,
insbesondere diejenige, die die zwei das Ele nient bildende Prismen trennt und mit
6 bezeichnet ist, eben sind, ergibt eine Reflexion der Strahlen derart, daß auf
dem Schirm eine gerade oder sehr schwach gekrümmte, in Fig.2 mit 9 bezeichnete Trennungslinie
erscheint. Das andere, in der Mitte der Fig.3 gezeichnete Element ist derart gearbeitet,
daß die Stellung der Trennungsfläche 6 sich längs des Elementes ändert und so eine
gekrümmte Grenzlinie zwischen <lern undurchsichtigen und dem durchsichtigen Teil
erscheinen läßt, die in Fig.2 mit 10 bezeichnet ist. Einige Stellungen der
Fläche 6 sind in den drei Querschnittsdarstellungen der Fig. 3 rechts angegeben.
Dieses letztere Element mit veränderlicher Stellung der Reflexionsfläche erhält
man beispielsweise durch folgendes Verfahren: Ein Element aus durchsichtigem Kunststoff
mit ebener Reflexionsfläche, jedoch von größerem Querschnitt als derjenige des fertigen
Elementes, wird erhitzt, z. B. in heißem Wasser, so daß das Material plastisch wird.
Das Element wird dann in eine geeignete Halterung gespannt und so gewunden, daß
man die gewünschte Krümmung der Reflexionsfläche erhält. Nachdem das in zweckmäßiger
Weise gewundene Element abgekühlt ist, wird es mechanisch bearbeitet, um ebene Außenflächen
und einen bestimmten Querschnitt zu erzielen.
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In Fig. 4 ist mit 11 die Windschutzscheibe und mit 12 der Umriß einer
Teilfläche auf dieser bezeichnet, durch die das von den entgegenkommenden Scheinwerfern
ausgesandte, die Blendung verursachende Licht eintritt. 1 und 2 bezeichnen nach
wie vor das Prismensystem und die Prismen selbst. Die Erfahrung zeigt, daß das Licht,
das von den entgegenkommenden Schein iverfern ausgeht und die Blendung verursacht,
nur einen begrenzten Teil der Windschutzscheibe des Wagens, im wesentlichen ein
in Fig.4 beispielsweise dargestelltes, mit 12 bezeichnetes Dreieck durchdringt.
Es ist zweckmäßig, nur diese Teilfläche der Windschutzscheibe durch einen totalreflektierenden
Schirm nach der Erfindung abzudecken, um den Blick in den anderen Richtungen, insbesondere
unterhalb des Schirmes auf die benachbarte Fahrbahn frei zu lassen. Dies kann man
erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß man entweder dem Schirm selbst die gewünschte
Form, beispielsweise eine Dreiecksform nach Fig. 4, gibt, indem die einzelnen Elemente
in ihrer Länge entsprechend abgestuft werden, oder dadurch, daß beim Zusammenbau
der einzelnen Elemente aus je zwei Prismen 2 (Fig.3links) die Schicht, die sich
zwischen den beiden Prismen befindet und die Totalreflexion hervorruft, teilweise
durch einen Stoff ersetzt, dessen Brechungszahl gleich oder nahezu gleich der Brechungszahl
des Prismenmaterials ist, so daß an dieser Stelle des Elementes keine Totaireflexion
auftritt und das Element an dieser Stelle durchrichtig
bleibt.
Durch geeignete Anordnung solcher durchlässiger Teilflächen in den einzelnen Elementen
kann jede beliebige Form des übrigbleibenden totalreflektierenden Bereiches des
Schirmes erzielt werden. Erfindungsgemäß können diese die Totalreflexion aufhebenden
Zwischenschichten gleichzeitig als Klebemittel für den Zusammenhalt der Elemente
wirken, wie z. B. Canadabalsa.m für Glasprismen oder Lösungen von Kunststoffen oder
Silikone für Kunststoffprismen.
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In Fig. 5 ist vor einer Windschutzscheibe 11 ein System 1 von Prismen
2 dargestellt, deren Grenze 10 für die Totalreflexion, beispielsweise infolge Verwenditng
von Elementen nach Fig. 3 Mitte, gekrümmt ist.
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In Fig. 6 sind ein System 1 von Prismen 2, von eben gesehen wie in
Fig.l, und die Windschutzscheibe 11 in ihrer Lage zu den Augen 14 des Fahrers dargestellt.
Die beiden Lichtstrahlen 3, die von einem unendlich weit entfernten Gegenstand kommen,
sind für die beiden Augen merklich parallel. Für die Grenzstrahlen 4 ist es jedoch
erwünscht. daß sie nicht parallel sind, sondern sich in einem bestimmten Abstand
vor dem Schirm schneiden. Dann ergibt sich nämlich für den Beobachter der Eindruck,
daß sich die Grenze zwischen dem abgeschirmten und dem sichtfreien Win kelbereich,
d. h. der scheinbare dunkle Vorhang, der die Abschirmung des blendenden Lichtes
bewirkt, in dieser durch die gegenseitige Neigung der Grenzstrahlen 4 bestimmten
Entfernung vor dem Beobachter befindet. Die gegenseitige Neigung der Grenzstrahlen
4 ist aber durch die gegenseitige Drehung der Prismenflächen 6 (Fig. 1) bestimmt.
Mit 8 sind in Fig. 6 nach wie vor die Strahlen bezeichnet, die infolge der Totalreflexion
den Schirm nicht durchqueren.
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Der Schirm 1 ist, wie Fig. 6 beispielsweise zeigt, auf einer Achse
13 befestigt, die somit eine Drehuni des Schirmes erlaubt, derart, daß die Grenzrichtung
4 ein wenig nach links oder rechts gedreht werden kann, um die Lage der Grenze zwischen
dem durchsichtigen und dem undurchsichtigen Teil, die in Fig.2 und 5 mit 9 oder
10 bezeichnet ist, je nach dem Ort, an dem sich die Augen des Fahrers befinden,
oder im Bedarfsfalle gemäß den auf der Straße in Gegenrichtung vorbeiziehenden Scheinwerfern
zu regeln. Diese Anordnung, vorzugsweise in Verbindung mit einem System nach Fig.
5, dessen Elemente nach Fig. 3 Mitte gearbeitet sind, hat nach der Erfindung den
Vorteil, daß erstens nur der unbedingt erforderliche Teil der Windschutzscheibe
abgedeckt wird und insbesondere der Blick nach unten links auf die Nachbarfahrbahn
frei bleibt und daß zweitens infolge der stetigen Verdrehung der reflektierenden
Fläche in jedem Element durch Drehung des ganzen Schirmes um die Achse 13 die Grenze
10 des totalreflektierenden Bereiches, vorzugsweise nach links oder rechts, verschoben
werden kann, wobei die Form der Grenzkurve 10 in gewissen technisch bedingten Grenzen
gemäß der Verdrehung der reflektierenden Flächen 6 in den einzelnen Elementen unverändert
bleiben oder in erwünschter Weise verändert werden kann.
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Man kann den möglichen Drehwinkel des Schirmes um die Achse 13 genügend
groß, etwa 20 bis 2:5°. machen., so daß durch Drehung des Schirmes gegen den Uhrzeigersinn
schließlich die Grenzkurve 10 sich auf dem Schirm ganz nach links verschiebt und
der Blick auf die linke Seite der Straße vollkommen freigegeben wird. Durch Zurückdrehen
des Schirmes im Uhrzeigersinn kann jederzeit, z. B. bei einbrechender Dunkelheit
und Auftauchen entgegenkommender Scheinwerfer, durch einen Handgriff die Blendung
unterdrückt werden, soweit es dem Fahrer erwünscht und bequem ist. Erfindungsgemäß
können die reflektierenden Flächen der einzelnen Elemente eine solche Stellung haben,
daß bei Anliegen des Schirmes an der Windschutzscheibe, also in der weitesten gegen
den Uhrzeigersinn gedrehten Lage, der Blick praktisch Nöllig freigegeben ist und
daß der Schirm im Uhrzeigersinn von der Windschutzscheibe fortgedreht wird, sobald
und soweit ein Schutz gegen Blendung erforderlich wird. Der gleiche Effekt wird
übrigens auch durch eine Drehung des Schirmes um eine waagerechte Achse erzielt.
Allerdings ist die Veränderung der Grenzrichtung 4 mit dem Neigungswinkel gegen
die lotrechte Stellung des Schirmes wesentlich schwä cner als bei Drehung um die
Vertikalachse.
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In Fig. 7 sind als Beispiele Abwandlungen des Prismensysterns 1 dargestellt.
in Fig. 7 oben folgt die Oberfläche, in der senkrechten Projektion der Fig. 7 gesehen,
einem gebrochenen Linienzug, in Fig. 7 :Mitte einer Kurve, in Fig.7 unten ist die
Oberfläche des Schirmes xvieder eben, jedoch ändert sich die Stellung der reflektierenden
Flächen 6 von Element zu Element. Der Zweck dieser Anordnungen ist nach der Erfindung,
eine wahlweise Abschirmung des die Blendung verursachenden Lichtes, das wie bisher
beispielsweise als schräg von links kommend angenommen wird, nicht durch eine Drehung
des Schirmes, sondern durch eine seitliche Verschiebung der Augen des Fahrers relativ
zum Schirm zu erreichen. Es sei an--;enommen, daß die den rechten Teil des Schirmes
bildenden Elemente, die sich genau vor dem Fahrer befinden, d. h. eine Breite des
Schirmes bedecken, die g x l eich oder etwas größer als der Augenabstand
ist, so ausgebildet und angeordnet sind. daß ihre reflektierenden Flächen 6 einander
parallel oder, wie oben beschrieben, von Element zu Element ein wenig gegeneinander
gedreht sind. Dagegen seien die reflektierenden Flächen der Elemente, die den linken
Teil des Schirmes bilden, von Element zu Element um gesetzmäßig steigende Winkel
gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Diese Winkel ergeben sich daraus, daß das blendende
Licht unter im so größerem Winkel gegen die in Fig. 1 und 6 mit dem Strahl 3 antiparallele
Fahrtrichtung durch den Schirm in die Augen, insbesondere in das linke Auge des
Fahrers gelangt, je weiter links das betreffende Element sich befindet. Ohne die
Lokalreflexion dieses Lichtes aufzuheben, kann also die reflektierende Fläche 6
eines bestimmten Elementes gegenüber der Normallage, wie sie in dem rechten Teil
des Schirmes vor dem Fahrer gewählt ist, gegen den Uhrzeigersinn um den gleichen
Winkel gedreht werden, den die Fahrtrichtung mit der Verbindungslinie vorn linken
Auge zu dem betreffenden Element bildet. Diese Drehung der reflektierenden Flächen
kann in grober Weise durch Knicken der Schirmoberfläche, wie in Fig. 7 oben angedeutet,
in gleichmäßigerer Weise durch Wölben des Schirmes nach Fig.7 Mitte, in besonders
günstiger Weise durch Ausführung der Elemente nach Fig. 7 unten erreicht werden.
In der normalen Stellung der Augen vor dem rechten Teil des Schirmes ist eine vollständige
Abschirmung des blendenden Lichtes, etwa wie an Hand der Fig. 2, 4 oder 5 beschrieben,
sichergestellt, während eine Verschiebung der Augen nach links um etwas mehr als
einen Augenabstand den Blick durch den Schirm völlig freigibt.
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In der Fig. 8 sind ein Prismensystem 1, von der Seite esehen, sowie
die Augen 14 des Fahrers darz#
gestellt, wobei 15 beispielsweise
einen Teil eines senkrecht zum System 1 orientierten Prismensystems bezeichnet,
das die von einer Lichtquelle, die wie die tiefstehende Sonne oder die Straßenbeleuchtung
eine Blendung verursachen kann, herkommenden Strahlen 8 bis zu der durch 4 gekennzeichneten
Grenzrichtung zu reflektieren erlaubt. Die Wirkungsweise des Schirmes 15 für das
von schräg oben kommende Licht ist analog zu der oben beschriebenen Wirkungsweise
des Schirmes 1 für das schräg von der Seite kommende Licht. Durch Drehung des Schirmes
um kleine Winkel um eine horizontale Achse senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 8
kann die Lage der Grenzrichtung 4 und damit der abgeschirmte Bereich verändert werden.
Weiter können die in Fig. 7 erläuterten Anordnungen bei horizontaler Lage der Elemente
in der oben beschriebenen Weise angewendet werden, um durch Veränderung der Höhe
der Augen 14 relativ zum Schirm 15 (Fig. 8) nach Wahl den Blick durch den
Schirm freizugeben oder eine Abschirmung des Von schräg oben kommenden Lichtes zu
erzielen. Es kann auch, wie in Fig.8 beispielsweise gezeigt, ein Svstem 1 zur Abblendung
von der Seite einfallenden Lichtes mit einem System 15 zur Abblendung von oben einfallenden
Lichtes vereinigt werden.
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Wie Fig. 9 und 10 beispielsweise zeigen, können ein oder zwei gleiche
Prismensysteme 1 mit verkleinerten Abmessungen so ausgeführt werden, daß
sie eine Brille oder ein auf eine normale Brille aufsetzbares Gläserpaar bilden.
Diese Blendschutzbrille wirkt ebenso wie die oben beschriebenen Schirme, indem die
Elemente durch Totalreflexion Licht aus bestimmten Richtungsbereichen verhindern,
in das Auge zu gelangen. Dabei kann die Schwenkung der Grenzrichtung 4 besonders
einfach durch Neigen oder Drehen des Kopfes erzielt werden. Ein besonderer Vorteil
der beschriebenen Blendschutzbrille gegenüber einem Schirm üblicher bekannter Art
besteht darin, daß die Grenze zwischen durchsichtigem und undurchsichtigem Bereich
nicht, wie beim üblichen Schirm, infolge des kleinen Abstandes vom Auge verwaschen,
sondern verhältnismäßig scharf und wegen der fehlenden oder sehr kleinen Parallaxe
in die Ferne projiziert erscheint.
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Es versteht sich, daß die bisher für Abblendung des von links einfallenden
Lichtes beschriebenen Schirme oder Brillen in analoger Weise auch für Abblendung
von rechts einfallenden Lichtes, wie beim Linksfahren und bei Rechtssitzern erforderlich,
ausgeführt werden können.
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Ferner kann der Schirm gegen von links, von rechts oder von oben einfallendes
Blendlicht auch außerhalb des Fahrzeuges vor der Windschutzscheibe angebracht werden,
um auch solches Licht abzuschirmen, das an Staubteilchen reflektiert worden ist,
die sich auf der Windschutzscheibe befinden.