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Optische Technologien im Automobil
Ambiente Beleuchtung
Karsten Klinger
Sommersemester 2007
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Inhalt
• Pulsweitenmodulation
• Ambiente Innenraumbeleuchtung
• Phantomlicht
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Wahrnehmung
Motivation
Wenn 0,5...1,0 Sekunden früher reagiert wird, treten 50%weniger Unfälle auf. [Nagayama 1978]
Definitionen
Auffälligkeit eines Objektes = Fixation eines ObjektesSehfeld = verarbeitetes Gesichtsfeld
Einfluss des Auges
Sehschärfe von Pupillenöffnung abhängigPupillenöffnung von Umfeldhelligkeit abhängig
siehe z.B. ambiente Beleuchtung
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Wirtschaftlichkeit (PWM)
Pulsweitenmodulation - PWM
AugenbewegungenTypischeWinkelgeschwindigkeiten
Perlschnureffekt
[Bildquelle: Alex Wernicke, Diplomarbeit, 2006. Die analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses pulsweitenmodulierter Lichtquellen auf die visuelle Wahrnehmung]
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Ansteuerung von LEDs - Gleiche Leuchtdichten
LEDs können in einem Array nur durch PWM gepulst werden.
Gleiche Leuchtdichten aller LEDs
[Quelle: Alex Wernicke, Diplomarbeit, 2006. Die analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses pulsweitenmodulierter Lichtquellen auf die visuelle Wahrnehmung]
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Ansteuerung von LEDs - PWM
Frequenz: 80 HzTastverhältnis: 8 %Schlussleuchte: 1.300 cd/m2
Bremsleuchte: 16.000 cd/m2
[Quelle: Alex Wernicke, Diplomarbeit, 2006. Die analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses pulsweitenmodulierter Lichtquellen auf die visuelle Wahrnehmung]
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Ambiente Innenraumbeleuchtung
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Ambiente Beleuchtung zur Bedienung
Bedienelemente der Mittelkonsole mit und ohneambienter Beleuchtung
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Sehschärfe in Abhängigkeit der Umfeldleuchtdichte
[Quelle: http://www.uniklinikum-.giessen.de/ kis-pacs/archiv/2001/mi1150.pdf ]
nächtlicher Straßenverkehr
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Abhängigkeit der Gesichtsfeldgröße von der Farbe
[Quelle: http://www.mannpharma.de/.../wie wirsehen/1-4-11.gif]
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Fragestellung
Ist eine Veränderung des Kontrastsehens durch ambienteInnenbeleuchtung möglich?Wenn:
• Verbesserung• Verschlechterung
Psychophysikalische Experimente
• Veränderung der ambienten Beleuchtung• Helligkeit• Farbe• Position
• Alter der Versuchspersonen
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Versuchsaufbau
Lichtfalle
Versuchsfahrzeug
Scheinwerfer
Testmonitor20m
10m
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Variation der ambienten Beleuchtung:
• Helligkeit in 3 Stufen (0,002 bis 1,3 lx)
• 4 Farben (weiß, rot, blau, grün)
• 5 Positionen
60 verschiedene Beleuchtungs-situationen im Fahrzeug
Versuchsdurchführung
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Himmel
Kombi-Instrument
Fußraum
Türverkleidung
Positionen der Beleuchtung
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Pelli-Robson-Tafeln Landolt-Ring
[Quelle: http://www.visus.de/GProdukt/Kontrastsehteste/Kontrastprodukte/kontrastprodukte_1.htm]
Sehzeichen
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Landoltring
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Landoltring
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Landoltring
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Landoltring
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Landoltring
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Versuchsablauf
Kombiinstrument Helligkeitsstufe 3
Wiederholung für die Beleuchtungen:a) Referenz
b) Himmel + Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1
c) Türverkleidung + Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1
d) Fußraum + Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1
e) Gesamter Fahrzeuginnenraum
Referenzmessung Kombiinstrument Helligkeitsstufe 2
Kombiinstrument Helligkeitsstufe 1
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Verbesserung des Kontrastsehvermögens für 16Beleuchtungssituationen
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Ergebnisse – Altersgruppe 30 bis 39 Jahre
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Ergebnisse – Altersgruppe 40 bis 71 Jahre
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Verschlechterung des Kontrastsehvermögens für7 Beleuchtungssituationen
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Fazit Ambiente Beleuchtung
• Bei jüngeren Personen verbessert sich das Kontrastseh-vermögen bei verschiedenen ambienten Beleuchtungen.
• Bei älteren Personen verschlechtert sich das Kontrastseh-vermögen bei verschiedenen ambienten Beleuchtungen.
• Die Farbe Blau sollte vermieden werden.
• In den Grenzen von 0,002 bis 1,3 lx Beleuchtungsstärkeam Auge des Fahrers sind keine signifikantenBeeinflussungen des Kontrastsehvermögens festzustellen.
• Da es zu einer psychologischen Blendung kommen kann, sollte die Helligkeit der Innenraumbeleuchtung individuelleinstellbar sein.
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Überblick über diverse Phantomlichteffekte
• Signal erscheint Beobachter, ohne das Signalleuchteeingeschaltet
• Hervorgerufen durch Reflexion von Fremdlicht
Phantomlichtarten• Spiegel-Phantomlicht• Reflex-Phantomlicht• Echtes Phantomlicht
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Phantomlichteffekte - Spiegel-Phantomlicht
• Buntes Licht mit der Lichtfarbe desSignallichtes
• Eindringen von Fremdlicht durchdie Abschlussscheibe in dieLeuchte
• Reflexion am Reflektor und Austrittwieder durch dieAbschlussscheibe
• Erzeugung der Farbe des Lichtesdurch Farbe der Abschlussscheibe
• Signal der Leuchte scheinteingeschaltet zu sein
• Übereinstimmung von Farbe undLichtstärke mit den Eigenschaftendes Signals
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Phantomlichteffekte - Reflex-Phantomlicht
• Ist unbunt
• Spiegelung von Fremdlicht voll auf Oberfläche der
Abschlussscheibe
• Entstehung einesWeißreflexes
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Phantomlichteffekte - Echtes Phantomlicht
• Eindringen von Fremdlichtin die Abschlussscheibe
• Reflexion an innererGrenzfläche, oft alsToruslinsen ausgebildet
• Veränderung der Lichtfarbebeim Durchdringen derAbschluss-scheibe
• Signal der Leuchte scheinteingeschaltet zu sein
• Farbe stimmt mit der desSignals überein
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Überblick über diverse Phantomlichteffekte
• Keine Farbänderung bei Spiegel- und echtemPhantomlicht
• Zurückgestrahltes Licht bleibt ein unbunterWeißreflex
Sonderfall bei klarer Abschlussscheibe
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Proband
17m
Versuchsaufbau zu Versuch 1
• Versuchsort: Dach des LTI beidirekter Sonneneinstrahlung
• Versuchsobjekt: Verwendet wurde jeeine linke Rückleuchte
• Temperatur der Rückleuchten: ca.32° C
• Proband fixierte die angesteuerteRückleuchte
• Startbedingung:Hauptausstrahlrichtung zu Proband
• Versuchsdurchführung: Leuchtewurde gedreht, bis Proband keinSignallicht mehr sah
Versuch 1: Ermittlung der Erkennbarkeit des Fahrtrichtungsanzeigers unddes Bremslichtes durch psychophysikalische Untersuchungen unterrealitätsnahen Beobachtungsgeometrien bei direkter Sonneneinstrahlung.
Vorversuche mit Ergebnissen
Sonne
Linke Rückleuchte
Proband
17m
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Grenzwinkel für Erkennbarkeit des Fahrtrichtungsanzeigers und desBremslichtes bei direkter Sonneneinstrahlung
Fahrtrichtungsanzeiger Bremslicht
Innen Außen Innen Außen
HorizontalerMindestwinkel lt. ECE-R
6 und 745° 80° 45° 45°
Leuchte 1 20° 44° 20° 34°
Leuchte 2 32° Größer 80° 27° Größer 80°
Vorversuche - Ergebnisse zu Versuch 1
Versuch 1: Ermittlung der Erkennbarkeit des Fahrtrichtungsanzeigers unddes Bremslichtes durch psychophysikalische Untersuchungen unterrealitätsnahen Beobachtungsgeometrien bei direkter Sonneneinstrahlung.
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Versuchsaufbau zu Versuch 2
• Anstrahlung der Rückleuchte unter Winkel von 10°
• Schwenkung des Empfängers um die Rückleuchte
• Gemessene Beleuchtungsstärke wurde notiert
Versuch 2: Ermittlung von Reflexionsmaxima im Labor bei nichtangesteuerter Rückleuchte und direktem Fremdlichteinfall.
Vorversuche mit Ergebnissen - Versuch 2
Theaterscheinwerfer
10°
Empfänger
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Gemessene Beleuchtungsstärke bei verschiedenen Auslenkwinkeln
Vorversuche mit Ergebnissen
Versuch 2: Ermittlung von Reflexionsmaxima im Labor bei nichtangesteuerter Rückleuchte und direktem Fremdlichteinfall.
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- bei ca. 10° deutliches Maximum (Einfallswinkel = Ausfallswinkel)- Leuchtdichtebild zeigte einen Spiegelring mit einer Leuchtdichte von ca. 4 Mio. cd/m²- Deutliche Verringerung (Faktor 6) der Beleuchtungsstärke durch Abkleben des Spiegelringes in diesem Winkelbereich
Abgeklebter Spiegelring
Vorversuche - Ergebnisse zu Versuch 2
Versuch 2: Ermittlung von Reflexionsmaxima im Labor bei nichtangesteuerter Rückleuchte und direktem Fremdlichteinfall.
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Versuchsaufbau zu Versuch 3
• Rückleuchte und Empfänger warenfest miteinander verbunden
• Anstrahlung der Rückleuchten miteinem Theaterscheinwerfer
• Schwenkung der EinheitRückleuchte und Empfänger um denDrehpunkt (Ort der Rückleuchte)
• Gemessene Beleuchtungsstärkewurde notiert
Versuch 3: Ermittlung von Phantomerscheinungen im Labor bei nichtangesteuerter Rückleuchte und direktem Fremdlichteinfall.
Vorversuche mit Ergebnissen - Versuch 3
Linke Rückleuchte
Theaterscheinwerfer
Empfänger
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Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit des Winkels des Fremdlichtes
Versuch 3: Ermittlung von Phantomerscheinungen im Labor bei nichtangesteuerter Rückleuchte und direktem Fremdlichteinfall.
Vorversuche mit Ergebnissen - Versuch 3
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Ergebnisse zu Versuch 3:• Leuchte 2 Phantomerscheinung bei ca. 14°
• Leuchte 1 Senkung der Beleuchtungsstärke beieinem Sonnenstand von ca. 8° - 22° durchabgeklebten Spiegelring
• Leuchte 3 Phantomerscheinung bei ca. 344°(unkritisch, da nicht relevanter Winkelbereich imStraßenverkehr)
• Keine Auffälligkeiten bei anderen Rückleuchten
Versuch 3: Ermittlung von Phantomerscheinungen im Labor bei nichtangesteuerter Rückleuchte und direktem Fremdlichteinfall.
Vorversuche mit Ergebnissen
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Versuchsdurchführung - Versuchsaufbau
Versuchsaufbau des Hauptversuches
Fahrstand
Zielscheinwerfer
Rückleuchten
25m
SpiegelShutter
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Leuchtdichtebilder
Fahrtrichtungsanzeigermit Fremdlicht
Fahrtrichtungsanzeigerohne Fremdlicht
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Ergebnisse - Fahrtrichtungsanzeiger
Mittelwerte des Fahrtrichtungsanzeigers mit und ohneFremdlicht
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Leuchte 1 Leuchte 2
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Ergebnisse - Bremslicht
Mittelwerte des Bremslichtes mit und ohne Fremdlicht
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Passat BR mit FRL Passat BR ohne FRL
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Phaeton BR mit FRL Phaeton BR ohne FRL
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Leuchte 1 Leuchte 2
