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Fahrzeugausrüstung für polarisiertes Scheinwerferlicht" *) Die Erfindung
betrifft Fahrzeuge mit Anordnungen, die die Blendung durch rückwärtige, polarisiertes
Licht aussendende Fahrzeugscheinwerfer verhindern, ohne auch das zur Beobachtung
des rückwärtigen Verkehrsgeschehens erforderliche Licht abzusperren.
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Das polarisierte Scheinwerferlicht von Fahrzeugen ermöglicht bei voller
Ausleuchtung der Fahrbahn eine weitgehende Beseitigung von Blendung für den Gegenverkehr
(Highway Res. Board, Washington, Bull.
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No. 11, Lighting Res. and Technology, 2, 1, 28 (1970)). Ein Schutz
vor Blendung bei Begegnung ist jedoch nur erreichbar, wenn die Fahrer Polarisationsbrillen
tragen oder durch ähnlich wirkende Einrichtungen (Analysatoren) geschützt sind.
Nur unter solchen und anderen Vorkehrungen, insbesondere, wenn die Fahrzeuge mit
polarisationsoptisch neutralen Windschutzscheiben ausgerüstet sind, können die Scheinwerfer
für polarisiertes Licht bei Begegnung eingeschaltet bleiben.
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Ihr Wert wäre aber erheblich gemindert, wenn sie nicht auch bei. Hinterherfahren
oder Überholen dauernd betrieben werden könnten. Dazu sind besondere Einrichtungen
erforderlich, die die Blendung von hinten, insbesondere durch nachfolgende Fahrzeuge,
über Innen- und Außenspiegel verhindern. Diese Blendung ist genauso unerträglich
und setzt die Sohleistung ebenso herab wie Blendung durch nachfolgende Fahrzeuge,
deren *) 63 c 63/20
Scheinwerfer gesetzeswidrig nit gebräuchlichen
Fernlicht betrieben werden. Zwar gibt es Vorschläge, nach denen das von einer rückwärtigen
Lichtquelle ausgehende linear polarisierte Licht durch am Rückfenster (DBGM 1 729
615) oder Rückspiegel (GB 649 830) angebrachte Analysatoren ai Eintritt in den Innenraum
des Fahrzeugs gehindert bzw. ausgelöscht wird. Die vorgeschlagenen Blendschutzanordnungen
sind aber nur brauchbar, wenn Innen- oder Außenspiegel direkt beobachtet werden
können, wenn also die Beobachtung dieser Spiegel nicht durch die Polarisationsbrille
oder ähnliches erfolgt.
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Hit Polarisationsbrille ist bei Blendschutzanordnungen, die außer
der Sperrfolie keine zusätzlichen Vorrichtungen enthalten, auch das unpolarisierte
(natürliche) Licht gesperrt, es ist also nicht nur die Blendung unterbunden, sondern
auch die Beobachtung des nachfolgenden Verkehrs über Innen- bzw. Außenspiegel.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, bei Erhalt der Beobachtungsnöglich
keiten über Innen- oder Außenspiegel auch für das Fahren mit der Polarisationsbrille
oder ähnlich wirkenden Einrichtungen die Blendung durch polarisiertes Licht von
hinten auszuschalten.
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Erfindungsgeuäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Lichtweg
zwischen der rückwärtigen Lichtquelle, insbesondere den Scheinwerfern des nachfolgenden
Fahrzeugs, und dem Analysator, insbesondere der sich vor den Augen des Fahrers befindlichen
Polarisationsbrille, polarisationsoptische Mittel angebracht werden, die das von
den Scheinwerfern des nachfolgenden Fahrzeugs ausgehende polarisierte Licht auslöschen
oder so umwandeln, daß es bei Beobachtung mit Polarisationsbrille von dieser ausgelöscht
wird, das von anderen Objekten ausgehende natürliche bzw. unpolarisierte Licht dagegen
hindurchlassen und ggf. so umformen, daß es bei Beobachtung it Polarisationsbrille
nicht ausgelöscht wird.
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Als polarisationsoptische Mittel werden insbesondere Polarisationsfolien,
A/4-Folien und /2-Folien verwendet. Polarisationsfolien lassen nur das in einer
Ebene schwingende Licht hindurch. Angewandt als Polarisator sondern sie aus unpolarisiertem
Licht linear polarisiertes Licht aus, angewandt als Analysator lassen sie in Parallelstellung
(o0-Stellung) das vom Polarisator ausgehende linear polarisierte Licht hindurch,
in Senkrechtstellung (900-Stellung) sperren sie es ab. Polarisationsfolien, die
das polarisierte Licht der Scheinwerfer eines nachfolgenden Fahrzeuges absperren,
werden als Sperrfolien bezeichnet. »/4- und i/2-Folien zerlegen auftreffendes Licht
in zwei zueinander senkrechte Komponenten. Bei einer i/4-Folie erfährt die eine
Komponente gegenüber der anderen einen Versatz um eine ViertelWellenlänge, bei einer/2-Folie
einen Versatz um eine halbe Wellenlänge. Die Ä/4- und i/2-Folien werden im allgemeinen
so angeordnet, daß die Hauptschwingungsebenen zur Schwingungsebene des auftreffenden
linear polarisierten Lichts 450-Winkel bilden (450-Stellung). Eine so angeordnete
/v4-Folie wandelt linear polarisiertes Licht in zirkular polarisiertes Licht um.
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Im Gespräch sind Scheinwerfersysteme mit linear polarisiertem Licht.
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Ebenso werden Systeme mit zirkular polarisierte Licht diskutiert,
die aber wegen gewisser technischer Mängel weniger Aussicht auf Einführung besitzen.
Unabhängig vom Polarisationszustand des Scheinwerfer-Iichts wird erwogen, die Polarisationsbrille
nur in der oberen Hälfte zu belegen, in der unteren dagegen freizulassen. Die Polarisationsbrille
könnte auch insgesamt mit einer Polarisationsfolie belegt sein oder nur in der unteren
Hälfte. Schließlich gibt es den Vorschlag, auf die Polarisationsbrille zu verzichten
und zur Beseitigung von Blendung bei Begegnung vor oder hinter der Windschutzscheibe
wegklappbare Polarisationsfolien anzubringen.
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Im folgenden werden Beispiele für Anordnungen genannt, die die gestellte
Aufgabe lösen. Dabei ist in den angegebenen Zeichnungen die Polarisationsfolie
eines
Scheinwerfers des nachfolgenden Fahrzeugs so angeordnet, daß das von ihr hindurchgelassene
Licht, in Fahrtrichtung gesehen, von oben rechts nach unten links schwingt. Für
polarisiertes Licht wird eine Komponentendarstellung verwendet, die es als in horizontale
und vertikale Teilwellen zerlegt erscheinen läßt.
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Es zeigen Figur 1, wie die Blendung durch nachfolgende Fahrzeuge mit
linear polarisiertem Licht über den Innenspiegel (Teilbild links oben) und über
den Außenspiegel (Teilbild rechts unten) entsteht, Figuren 2 bis 5, wie die Blendung
durch nachfolgende Fahrzeuge mit linear polarisierte Licht über den Innenspiegel
(Figuren 2, 3, 5) oder Außenspiegel (Figur 4) vermieden wird (Teilbilder links oben),
wobei trotzdem das unpolarisierte Licht wahrnehm-bar bleibt (Teilbilder rechts unten),
Figur 6, wie die Blendung durch nachfolgende Fahrzeuge mit zirkular polarisiertem
Licht über den Innenspiegel (Teilbild links oben) und über den Außenspiegel (Teilbild
rechts unten) entsteht, Figur 7 einen analogen Fall, wie in Figuren 2 bis 5, für
zirkular polarisiertes Licht und Figur 8 ein Anwendungsbeispiel für linear polarisiertes
Licht.
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Die Anordnungen zur Vermeidung von Blendung durch nachfolgende Fahrzeuge
werden unabhängig von der Anwendungsmöglichkeit auf ein bestimmtes System als Bausteine
vorgestellt. Wenn nichts anderes gesagt ist, soll Beobachtung mit Polarisationsbrille
soviel wie Beobachtung durch
den polarisationsoptisch wirksamen
Teil der Polarisationsbrille bedeuten; eine Beobachtung ohne Polarisationsbrille
soll die Beobachtung durch den polarisationsoptisch nicht wirksamen Teil der Polarisationsbrille
einschließen. Aus Figur 1 bzw. 6 geht hervor, daß das linear polarisierte bzw. zirkular
polarisierte Licht eines nachfolgenden Fahrzeugs 1 zu Blendung des Beobachters 5
über Außenspiegel 6 und Innenspiegel 3 führen kann (Teilbilder rechts unten und
links oben). Entsprechend einem Phasensprung von 1800 sind die Teilwellen des an
den Spiegeln reflektierten Lichtes um 1800 versetzt gezeichnet.
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Die für Beobachtung mit und ohne Polarisationsbrille geeigneten Blendschutzanordnungen
mit Sperrfolie und polarisationsoptischer Anpassung sind dadurch gekennzeichnet,
daß im Lichtweg nach einer Sperrfolie, die das von einen nachfolgenden Fahrzeug
ausgehende polarisierte Licht auslöscht, polarisationsoptische Mittel angewandt
werden, die das von anderen Gegenständen ausgehende, von der Sperrfolie teilweise
hindurchgeiassene, zur Beobachtung über Innen-oder Außenspiegel erforderliche Licht
so umwandeln, daß es auch mit Polarisationsbrille wahrgenommen werden kann.
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Wie aus Figur 2 hervorgeht, löscht die Sperrfolie 9 am Rückfenster
2 des vorausfahrenden Fahrzeuges das von hinten keimende linear polarisierte Licht
aus (Teilbild links oben). Eine Sperrfolie am Rückfenster verhindert dabei nicht
nur die Blendung des Beobachters über den Innenspiegel, sondern sie beseitigt im
gesamten Innenraum die Aufhellungen durch polarisiertes Licht von hinten.
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Das Teilbild rechts unten in Figur 2 verdeutlicht, wie das von anderen
Gegenständen herrührende (unpolarisierte) Licht über Rückfenster 2, Innenspiegel
3 und Polarisationsbrille 4 zum Beobachter 5 gelangt.
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Die Umwandlung des nach dem Passieren der Sperrfolie 9 z.B. von links
oben
nach rechts unten schwingenden Lichts in Licht 1 welches von rechts oben nach links
unten schwingt und so durch die Polarisationsbrille hindurchtreten kann, erfolgt
mit Hilfe einer am Innenspiegel 3 befindlichen » Folie in 450-Stellung. Diese läßt
wegen des doppelten Lichtdurchgangs die Vertikalkomponente des Lichts gegenüber
der Horizontalkomponente um eine halbe Wellenlänge vorauseilen. Ohne >/4-Folie
oder andere polarisationsoptische Mittel im Strahlengang zwischen Sperrfolie und
Polarisationsbrille könnte ein Fahrer mit Polarisationsbrille das rückwärtige Verkehrsgeschehen
nicht beobachten.
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Bei der in Figur 3 dargestellten Blendschutzanordnung ist am Rückfenster
2 hinter der Sperrfolie 9 eine Polarisationsfolie in 45 0-Stellung vorgesehen, die
die Lichtkomponente in der VerSkalebene durchläßt. Das nunmehr in der Vertikalebene
schwingende Licht besitzt eine Komponente, die sich auf die von der Polarisationsbrille
hindurchgelassene Schwingungsebene projizieren läßt (Teilbild rechts unten). Nun
würden sich statt derÄ/4-Folie ar Innenspiegel (Figur 2) eine 8 2-Folie in Stellung
am Rückfenster bzw. statt der Polarisationsfolie am Rückfenster in Figur 3 eine
solche auf der Innenspiegel ebenfalls in 45 0-Stellung ähnlich auswirken.
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Analoge Anordnungen sind auch im Lichtweg Scheinwerfer 1 des nachfolgenden
Fahrzeugs - Außenspiegel 6 - Seitenfenster 7 - Polarisationsbrille 4 -Beobachter
5 anwendbar. Zum Beispiel zeigt die in Figur 4 dargestellte Blendschutzanordnung
nach der Sperrfolie 9 am Seitenfenster 7 eine Folie. Ebenso könnte die Sperrfolie
am Außenspiegel angebracht werden.
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Davon unabhängig kann das polarisationsoptische Mittel im Lichtweg
zwischen Sperrfolie und Polarisationsbrille eine vertikal oder horizontal polarisierende
Folie sein (Analog der Anordnung in der Figur 3).
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Die Variation solcher Anordnungen ließe sich weiter fortsetzen. So
könnte z.B. die +#/2-Folie in Figur 4 durch eine -R/2-Folie oder allgemein durch
eine
+(2n-1)i/2-Folie (n= positive ganze Zahl) ersetzt werden. Anstelle der +V4-Folie
in Figur 2 könnte eine - 8 4-Folie oder allgemein eine '(2n-1)A/4-Folie vorgesehen
werden. Anstelle einer Polarisationsfolie für in der Vertikalebene schwingendes
Licht wie in Figur 3 ließe sich eine Polarisationsfolie für in der Horizontalebene
schwingendes Licht verwenden. Ebenso wäre es denkbar, diese Folien durch n gegenüber
der Sperrfolie schrittweise - z.B. jeweils um 9O0/<n+1) weitergedrehte Polarisationsfolien
zu ersetzen. Bei vielen schrittweise weitergedrehten Polarisationsfolien könnte
auf die Sperrfolie verz-ichtet werden. Darüber hinaus könnten die vor Licht einfach
durchsetzten i/2-Folien wie in Figur 4 durch kontinuierlich drehende optisch aktive
Substanzen ersetzt werden, die die Polarisationsebene um 900 oder allgemein um +-(2n-1)9O0
drehen.
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Die allein bei Beobachtung mit Polarisationsbrille wirksam werdenden
Blendschutzanordnungen ohne Sperrfolie sind dadurch gekennzeichnet, daß das von
den Scheinwerfern eines nachfolgenden Fahrzeugs ausgehende polarisierte Licht durch
polarisationsoptische Mittel, insbesondere vom Licht einfach durchsetzte ÄI2-Folien
bzw. vom Licht zweifach durchsetzte l/4-Folien so umgewandelt wird, daß es von der
Polarisationsbrille ausgelöscht werden kann. Dabei bleibt das von anderen Gegenständen
ausgehende, zur Beobachtung über Innen- und Außenspiegel erforderliche unpolarisierte
Licht auch mit Polarisationsbrille wahrnehibar.
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Figur 5 zeigt als Beispiel eine Anordnung, bei der die i/4-Folie auf
dem Innenspiegel 3 angebracht ist. Diese bewirkt eine Drehung der Schwingungsebene
des vom nachfolgenden Fahrzeug ausgehenden linear polarisierten Lichtes um 900,
so daß es durch die Polarisrtionsbrille 4 ausgelöscht wird (Teilbild links oben).
Es wird aber auch ein geringer Anteil des von hinten kommenden Lichts an der äußeren
Grenzfläche der den Spiegel 3 überdeckenden Folie reflektiert und gelangt
unausgelöscht
zum Beobachter 5; Darstellung durch 8. Dieses Licht, das auch bei manchen anderen
Anordnungen auftritt, könnte durch Aufbringen eines reflexmindernden Belags herabgesetzt
werden.
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Die Variation auch dieser Anordnungen könnte fortgesetzt werden, indem
die >1/2-Folien allgemein durch +-(2n-1)2-Folien bzw. die #/4-Folien durch +(2n-1)Ä/4-Folien
ersetzt werden. Ebenso ließe sich anstelle der /2Folien eine Vielzahl schrittweise
weitergedrehter Polarisationsfolien anbringen, im Unterschied zu den vorher beschriebenen
Anordnungen jedoch so, daß das von den Scheinwerfern des nachfolgenden Fahrzeugs
ausgehende linear polarisierte Licht nicht von vornherein durch eine Sperrfolie
ausgelöscht wird, sondern erst durch die Polarisationsbrille. Die i/2-Folien könnten
durch optisch aktive Substanzen ersetzt werden, die die Polarisations«ene um +(2n-1)900
drehen.
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Die Darlegungen bleiben gültig, wenn der elektrische Vektor des von
hinten kommenden Lichts in einer anderen Ebene schwingt als in Fahrtrichtung gesehen,
von rechts oben nach links unten. Istccder Winkel, um den eine von rechts oben nach
links unten orientierte Schwingungsebene gedreht werden muß, un mit der Schwingungsebene
des vom nachfolgenden Fahrzeug ausgehenden Lichts übereinzustimmen, dann müssen
in den beschriebenen Anordnungen die Polarisations-, 82- und ,4-Folien ebenfalls
um den Winkelccgedreht werden.
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In Anordnungen, bei denen die Auslöschung des von den Scheinwerfern
des nachfolgenden Fahrzeugs ausgehenden linear polarisierten Lichts im Lichtweg
hinter Rück- oder Seitenfenster erfolgt, sollten diese polrrisationsoptisch neutral
sein.
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An die Güte der polarisationsoptischen Mittel zwischen Sperrfolie
und Polarisationsbrille und an die Genauigkeit, mit der sie fixiert sind,
werden
keine hohen Anforderungen gestellt. Erst wenn beispielsweise anstelle der i/2-Folie
in Figur 4 eine )tj4-Folie eingesetzt wird oder wenn diese »/2Folie bzw. die Polarisationsfolie
für in der Vertikalebene schwingendes Licht in Figur 3 aus ihrer Sollage um - 22
herausgedreht werden, verringert sich das bei Beobachtung mit der Polarisationsbrille
nutzbare Licht auf die Hälfte.
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Anders als linear polarisiertes Scheinwerferlicht gibt zirkular polarisiertes
auch dann guten Blendschutz, wenn Polarisationsbrille oder Scheinwerfer durch Justierfehler
oder in bestimmten Verkehrssituationen etwas gegeneinander verdreht sind. Auch zirkular
polarisiertes Licht von hinten kann zur Blendung über Rückspiegel führen.
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Die für linear polarisiertes Licht genannten Merkmale für Blendschutzanordnungen
mit und ohne Sperrfolie gelten ebenso für zirkular polarisiertes Licht. Allerdings
wird hier die Sperrfolie erst dann wirksam, wenn (im Lichtweg) vor ihr eine /4Folie
angeordnet ist. Figur 7 zeigt als Beispiel eine Anordnung für zirkular polarisiertes
Licht, bei der das Rückfenster 2 mit einer i/4-Folie, einer Sperrfolie 9 und einer
weiteren ;t/4-Folie ausgestattet ist. Dadurch wird das von hinten kommende zirkular
polarisierte Licht 1 ausgelöscht (Teilbild links oben), dagegen unpolarisiertes
Licht weitgehend durchgelassen (Teilbild rechts unten), so daß ein Beobachter 5
mit einer Polarisationsbrille 4 trotzdem das rückwärtige Verkehrsgeschehen verfolgen
kann.
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Dieselbe Wirkung ließe sich für einen über Außenspiegel und Seitenfenster
führenden Lichtweg durch Ausstattung des Seitenfensters mit 8/4Folie, Sperrfolie,
jt/4-Folie erreichen. Ebenso könnten Innen- und Außenspiegel mit einer/4-Folie und
einer Sperrfolie belegt werden.
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Anordnungen ohne Sperrfolie könnten wie bei linear polarisiertem Licht
durch ?V2-Folien an Rück- und Seitenfenster bzw. i/4-Folien an Innen-und Außenspiegel
realisiert werden.
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Abschließend wird anhand eines Beispieles (siehe Figur 8) gezeigt,
wie Fahrzeuge mit linear polarisiertem Scheinwerferlicht vorteilhaft mit
Blendschutzeinrichtungen
versehen werden können. Dabei wird angenodren, daß nur die obere Hälfte der Brille
4 mit Polarisationsfolie belegt, die untere dagegen frei ist.
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Mit einer unten offenen Polarisationsbrille 4 muß der Fahrer bei Begegnung
mit einem anderen Fahrzeug den Kopf so weit neigen, bis Blendung ausgeschaltet ist.
Da sich bei dieser Kopfhaltung die Polarisationsfolie der Brille in der Blickrichtung
zum Innenspiegel 3 befindet, kommt ein Blendschutz nur mittels Sperrfolie hier nicht
in Frage, denn dann wäre bei dieser Kopfhaltung die rückwärtige Sicht über den Innenspiegel
gänzlich unterbunden.
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Weitgehender Blendschutz und gleichzeitig gute Sicht für das über
Rückfenster 2 - Innenspiegel 3 einfallende Licht ließen sich erreichen, wenn der
Innenspiegel mit einer t/4-Folie belegt wird (vgl.
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Figur 5) oder das Rückfenster mit einer /2-Folie Die erste Lösung
erfordert nur geringen Aufwand, sie führt aber auch nur dann zu gleischer Blendschutz
wie die zweite, wenn Reflexionen an der äußeren Grenzfläche der )L/4-Folie unterbunden
sind. Durch Neigen des Kopfes in eine Stellung, bei der sich die Polarisationsfolien
der Brille gerade in die Blickrichtung zum Innenspiegel geschoben haben, wäre es
in beiden Fällen möglich, bei von Gegenverkehr freier Straße diese durch den freien
Teil der Polarisationsbrille zu beobachten und gleichzeitig von Blendung über den
Innenspiegel geschützt zu sein.
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Hit größerem Aufwand, nämlich für ein Rückfenster mit Sperrfolie und
einen Innenspiegel mit 1/4Folie (vgl. Figur 2), können Sicht und Blendschutz über
den Innenspiegel unabhängig von der Kopfhaltung des Fahrers erzielt werden. Die
vom nachfolgenden Fahrzeug verursachten Aufhellungen im Innenraum werden dann ebenfalls
vermieden, beim Wenden des Kopfes kann auch mit Polarisationsbrille durch das Rückfenster
gesehen werden.
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Fiir einen Schutz vor Blendung über Außenspiegel 6, die bei unten
offener Polarisationsbrille zumeist durch den freien Teil der Brille 4 betrachtet
werden, könnte eine Sperrfolie an den vor einem Außenspiegel liegenden Partien des
Seitenfensters 7 genügen, wenn der Fahrer auch bei ungünstigen Begegnungssituationen
seinen Kopf nicht so weit neigen muß, daß sich die Polarisationsfolien der Brille
in die Blickrichtung zum Außenspiegel schieben, denn dann geht die Sicht über den
Außenspiegel verloren. Die beste Lösung erscheint auch hier, die vor einem Außenspiegel
liegenden Partien des Seitenfensters mit Sperrfolie und;1/2-Folie zu belegen (vgl.
Figur 4).
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- Patentansprüche -