Automobile Licht und Displaytechnik. Die Blendung. Karl Manz. Ausgabe 19. Mai 2006

Transkript

1 Die Blendung Ausgabe 19. Mai 2006

2 Grundlegende Vorbemerkungen

3 Zeitlicher Adaptionsvorgang (Dunkeladaption)

4 Adaptionszustände des Auges mit Angabe von Adaptionsleuchtdichte und Lichtquellenleuchtdichte

5 Unterschiedsempfindlichkeit bei unterschiedlichen Umfeldleuchtdichten. Die Unterschiedsempfindlichkeit beschreibt die Fähigkeit des menschlichen Auges wie Leuchtdichteunterschiede (Kontraste) in Abhängigkeit von der Umgebungsleuchtdichte (Adaptationsniveau) noch wahrgenommen werden können. (Quelle: H.-J. Hentschel, Licht und Beleuchtung)

6 Minimal wahrnehmbarer Kontrast in Abhängigkeit von der Objektleuchtdichte (Kontrastempfindlichkeit). Minimalkontrast von Displays entsprechend ISO /ISO Das Beispiel zeigt die Anforderungen an Displays in Abhängikeit der Objektleuchtdichte L L, wodurch in L H sowohl die Grundleuchtdichte des Displays als auch die Leuchtdichte eines Reflexionsschleiers enthalten sind. Quelle: Dokument ISO/TC 159/SC4/WG2 N 569

7 Kontrastmodell nach Kokoschka Hierbei sind f 1 eine "Leuchtdichtefunktion" und f 2 eine "Winkelfunktion", die sich allerdings nicht unabhängig voneinander gestalten ließen. (Kokoschka, 1986). Der Ansatz für f 1 und f 2 berücksichtigt das Ricco'sche und das Weber'sche Gesetz. Unter Berücksichtigung dieser Annahmen gilt dann für den Schwellenkontrast zur Detektion einfacher Sehobjekte: Die Konstante ergab sich als Ergebnis einer Ausgleichsrechnung zu: C = 0,00275 min mit Es bedeuten: L H : die adaptationsbestimmende Umfeldleuchtdichte in cd/m2. α die Sehobjektgröße in Bogenminuten.

8 Kontrastmodell nach Kokoschka α = C C α 0 1 f min 1-1

9 Häufigkeitsverteilung der Kontrastempfindlichkeit von Kraftfahrern L U =0,5...2,0 cd m -2

10 (Quelle: Handbuch der Beleuchtung)

11 Der Einfluss des Alters eines Menschen auf seine visuelle Leistungsfähigkeit

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13 Automobile Licht und Displaytechnik

14 AUS S. Lerman, Radiant Energy and the eye, Macmillan Publishing Co. Inc. New York 1980, Bild 3.1 Automobile Licht und Displaytechnik Vergilbungsprozess des menschlichen Auges. Hierbei entsprechen die Bilder folgendem Alter: A= 0.5, B=8, C=12, D=25, E=47, F=60, G=70, H=82 und I=91 Jahren.

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16 Automobile Licht und Displaytechnik

17 Physiologische Blendung

18 (Quelle: Handbuch der Beleuchtung)

19 Bild 95 Beobachtungsgeometrie Kraftfahrer/Straße B: Augenposition des Kraftfahrers b: Straßenbreite oberer Bildteil: Seitenansicht unterer Bildteil: Aufsicht

20 Streulichtentstehung im Auge beim Vorhandensein von Blendlichtquellen. Das Streulicht ist um so störender, je näher das Streuzentrum, d. h. der Entstehungsort, an der Netzhaut liegt. (nach Schober)

21 Altersabhängigkeit des Sehvermögens bei Blendung. Abszisse: Lebensalter der Prüflinge. Ordinate: notwendiger Leuchtdichteunterschied zum Wahrnehmen eines runden Prüfpunktes mit einem Durchmesser von 30 Winkelminuten (nach Aulhorn)

22 Typischer Messaufbau für Untersuchungen der physiologischen Blendung

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24 Schwellenwert der Leuchtdichte B STest in Abhängigkeit des Winkels zwischen Blendquelle und Sehzeichen. Die Blendquelle erzeugte am Auge des Beobachters eine Beleuchtungsstärke von 9 * 10-3 lx.

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28 L säq = K E Θ B 2 Die äquivalente Schleierleuchtdichte. Hierbei ist: L säq die äquivalente Schleierleuchtdichte; E B Θ die Beleuchtungsstärke am Auge in Lux der Winkel zwischen Fixationspunkt und Blendquelle, der Exponent hat nach Holladay den Wert 2 k ein Proportionlitätsfaktor, der vom Alter abhängig ist, im Mittel kann für K der Wert 10 gewählt werden

29 Faktor K in Abhängigkeit vom Alter In einem vereinfachten Ansatz kann man davon ausgehen, dass sich die äquivalente Streuleuchtdichte aus der Summe aller Blendquellen gemäß ergibt. Hierbei ist n = logΘ für 0.2 < Θ < 2 und n=2 für Θ > 2 Quelle: Adrian

30 Bild 8c: Lichtunterschiedsempfindlichkeit in der Macula in Abhängigkeit vom Abstand der Blendlichtquelle in einem Umfeld von 0,75 asb. Alle Messwerte sind mit Prüfzeichen gewonnen, die heller als das Umfeld sind (nach Aulhorn)

31 L B = Hintergrundsleuchtdichte L T = Leuchtdichte des Signals (Sichtziel) L säq = äquivalente Schleierleuchtdichte Da sich die äquivalente Schleierleuchtdichte der Leuchtdichte des Objektes und der des Hintergrundes überlagert folgt: Mit Zunahme der äquivalenten Schleierleuchtdichte verkleinert sich der Kontrast

32 Schwellenbeleuchtungsstärke E (lux) cd/m Sehobjekt α E Auge 10 0 cd/m cd/m 2 1E-4 1E-5 1E-6 1E-7 1E Objektgröße α (min) Schwellenbeleuchtungsstärke zur fovealen Wahrnehmung einfacher Sehobjekte in Ab-hängigkeit von der Sehobjektgröße, berechnet nach Gl. (1) mit den Schwellenkontrasten nach Gl. (2). Parameter ist die Umfeldleuchtdichte (Kokoschka, 1988). (1) 2 α E = π Lu ( C +1) sin 2 (2) C = C f f min 1 2

33 Funktioneller Zusammenhang nach Bindels und Schmidt-Clausen der Schwellenleuchtdichteerhöhung L S und der Blendbeleuchtungsstärke E B. Es gilt für L S : Wobei C E der Blendbeleuchtungsstärke Entspricht, bei der eine Schwellenleuchtdichteerhöhung von 100% erreicht wird. Für eine typische Situation auf nächtlicher Staße gilt: C E Für E B 0 beträgt L S = L S0 0,4lx Quelle: Wolf, Gall. Ewerhart

34 Schwellenleuchtdichteerhöhung L bei physiologischer Blendung durch L und Umfeldleuchtdichten L; Testfeldgröße α = 8

35 Gesetzmäßigkeit nach Ricco Piper - Weber

36 Zur Beschreibung der physiologischen Blendung wird nach CIE die prozentuale Schwellenwerterhöhung TI (threshold increment) verwendet. TI = L 65 L, 8 säq 0 U % TI threshold increment L säq L U äquivalente Schleierleuchtdichte mittlere Fahrbahnleuchtdichte

37 Quelle: Handbuch der Beleuchtung

38 Abhängigkeit von der spektralen Verteilung der Blendquelle (physiologische Blendung)

39 Im Zusammenhang mit der möglichen Blendung durch Licht mit höherem Blauanteil, wurde auch die Frage nach dem Einfluß kurzwelliger Spektralanteile auf das Streuverhalten im Auge diskutiert. Hierbei stellte sich die Frage in wieweit der Rayleihg Effekt eine Rolle spielt:

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45 Psychologische Blendung

46 Die Bewertung der psychologischen Blendung erfolgt üblicherweise nach der subjektiven de Boer Skala: 1 - unerträglich störend gerade zulässig akzeptabel merklich

47 Beispiel zur Frage des Einflusses der Größe der Blendquelle

48 Nach Bindels und Schmidt-Clausen kann die Bewertung der psychologischen Blendung wie folgt mittels objektiver Daten bestimmt werden: W = Blendungsempfindung entsprechend der de Boer Skala; L a = Adaptationsleuchtdichte (cd/m²); E i = Beleuchtungsstärke am Auge des Beobachters von der i-ten Blendquelle (Lux); Θ i = Winkel zwischen Blendquelle und Blickrichtung (in Bogenminuten)

49 Abhängigkeit von der Größe der Blendquelle (psychologische Blendung)

50 ALFERDINCK, J.W.A.M.: Discomfort glare of car headlamps: evaluation of the effects of luminous intensity, size, colour, and configuration. TNO-report TM-99-C007, TNO Institute for Perception, Soesterberg 1999.

51 SCHMIDT-CLAUSEN, H.-J., BINDELS, TH. H.: Die Schwellenleuchtdichteerhöhung als Blendungskriterium. Teil II, LICHTTECHNIK 23, (1971) 12, S EBERBACH, K.: Blendung durch Lichtquellen mit Leuchtdichtestruktur im mesopischen Bereich. DFG-Forschungsbericht Bo 337/2; Auszug: Lichttechnik 26 (1974), S

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53 Holladay [1926] L = a * Ω -0,25 E lim c * D 1,5 Spiller [1938] L = a * Ω -0,5 E lim c * D Lukiesh / Gut [1949] L = a * Ω -0,21 c E lim D 1,6 * (c 1 D 0.4 * c 2 ) Petherbridge [1950] L = a * L 0,6 u Ω -0,5 E lim c L 0,6 u D a * D Putnam [1951] L = a * Ω -0,68 + b E lim D 0,6 * (c 1 + D 1.4 *c 2 ) Hopkinson [1957] L = alu 0,63 * A 1,2 * Ω -0,5 E lim c * D De Boer [1967] E s = a*l 2/3 u *θ 4/3 *Ω 2/5 E lim c*l 0,66 u θ 1,33 *D 0,8 k*d 0,8 Lindae [1970] L = a * Ω -0,6 E lim c * D 0,8 LiTG [1996] L = k * L 0,5 u * Ω -0,5 E lim c * L 0,5 u * D a * D Levitin [1997] L a * Ω -1 + b E lim c 1 + c 2 (D 2, - c 3 ) Alferdinck [1999] L = a * Ω -0,76 E lim c * D 0,48

54 1,1 1,0 0,9 Dref = 20 cm Dref = 14 cm Emperical Approximation Limit Value E=0.7 lx Illuminance Limit / lx 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Diameter of the Luminating Area D / cm

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57 Lichttechnik Automobile Licht imund Automobil Displaytechnik

58 Lichttechnik Automobile Licht imund Automobil Displaytechnik

59 Abhängigkeit von der spektralen Verteilung der Blendquelle (psychologische Blendung)

60 Spectral Distribution of Different Light Sources 1 0,9 0,8 0,7 rel. Intensity 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 D2 D4 A D65 LED-21 LED Wavelength [nm]

61 H.J. Schmidt-Clausen, AFS Forschungsbericht Task 2

62 Untersuchung J. D. Bullough, J. van Derlofske et all, SAE

63 Neuere Untersuchung an LED - Scheinwerfern Device and its color coordinate ECE_White Area R99_HID device for test y K K 4900 K x

64 Spektren der verwendeten LED

65 Alle Ergebnisse zeigen eine leichte negative Tendenz Richtung Blau.

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