Optische Technologien im Automobil

Transkript

1 Lichttechnisches Institut Optische Technologien im Automobil von Dr. Karl Manz Dipl.-Ing. Karsten Klinger Dr. Dieter Kooß Sommersemester 2006

2 Inhalt Signalbild Reflexionsarten Reflektortypen Rückstrahlwerte

3 Signalbild LKW

4 Reflexion und Retroreflexion Reflexion und Retroreflexion Karl Manz

5 Materialarten - Kugeltypen - Einfallswinkel = Ausfallswinkel - Reflexion kann für unterschiedliche Wellenlänge unterschiedlich sein - kann zur Farbfilterung eingesetzt werden - kann zur Abbildung eingesetzt werden - kann als Reflektor eingesetzt werden

6 Materialarten

7 Gerichtete Reflexion

8 Brechungsgesetz Snell sches Brechungsgesetz -Licht wird im optisch dichteren Medium zum Einfallslot hin gebrochen

9 Prismenplatten n 1 : Brechzahl Luft n 2 : Brechzahl Prismen

10 Totalreflexion f = (n r)/2(n-1) für n = 2 f = r Grenzwinkel der Totalreflexion: sin( Θ T ) = n n 1 2

11 Beispiele - Typ 2

12 Karl Manz Beispiele rückstrahlende Folien

13 Rückstrahlwerte - Anleuchtwinkel

14 Reflexionstyp 1 und 2

15 Reflexionstyp 1 Typ 1 Folien Reflexmaterial mit Mikroglaskugeln in Material eingebettet [Aus: Karl Manz

16 Reflexionstyp 2 Typ 2 Folien Reflexmaterial mit in Kammern eingebundenen Mikroglaskugeln Karl Manz

17 Reflexionstyp 3 Typ 3 Reflexstoffe auf Basis von Mikroprismen Karl Manz

18 Karl Manz Rückstrahlwert

19 Betauung Einfluss von Betauung auf die Wirkung von Rückstrahlern Karl Manz

20 Betauung bei Überkopfschildern Problem Betauung Karl Manz

21 Karl Manz Betauung bei Folien

22 Messmethoden Messmethoden zur Bestimmung des Rückstrahlwertes Karl Manz

23 Lichttechnische Größen Photometrisches Entfernungsgesetz I = E r 2 Mit der Beleuchtungsstärke E orthogonal zur Rückstrahlerebene und dem Abstand r Rückstrahler Beobachter Lichtstärke von Reflektoren Leuchtdichte L von Reflektoren I ( β ) E r 2 L = R (α,β,ε) E Mit spezifischem Rückstrahlwert R

24 Zahlenwerte Stand der Technik (2005) Rot: mcd/lx Gelb: mcd/lx Weiß: mcd/lx Rückstrahlwerte gelten für ein Meßfeld von 10x10 cm.

25 Mindestrückstrahlwerte Material Tabelle 3 1 Mindestrückstrahlwerte R in in cd lx Material Farbe 4 x18 cm 2 6 cm Glas Weiß Gelb Rot Kunststoff Weiß Gelb Rot Karl Manz

26 Mindestrückstrahlwerte Farbe Tabelle Mindestrückstrahlwerte R in cd lx m von Reflexstoffen zur Verkehrssicherung entsprechend DIN Aufsichtfarbe α=0,33 β V = 5, β H = 0 α= 2 β V = 30, β H = 0 Typ 1 Typ 2 Typ 1 Typ 2 Rot ,3 0,3 Orange ,6 0,6 Gelb ,0 1,0 Grün ,2 0,2 Blau 2,5 7,5 0,08 0,08 Purpur 2 6 0,1 0,1 Weiß ,4 2,4 Karl Manz

27 Mindestrückstrahlwerte nach ECE-R 3 Tabelle 1 1 Mindestrückstrahlwerte R in cd lx von roten Rückstrahlern an Kraftfahrzeugen entsprechend der ECE-Regelung 3 Klasse Beobachtungswinkel α Beleuchtungswinkel β β V β H I A , ,5 III A Karl Manz

28 Winkel α: Beobachterwinkel β: Anleuchtwinkel ε: Verdrehungswinkel S: Lichtquelle A: Beobachter BE: Beobachterebene EE: Beleuchtungsebene O: Flächennormale

29 Karl Manz Verdrehwinkel

30 Winkelabhängigkeit der Reflektortypen 3 Reflektortypen 1: Typ 1 2: Typ 2 3: Typ β: Anleuchtwinkel R : spezifischer Rückstrahlwert Karl Manz

31 Winkelabhängigkeit des Beobachterwinkels Reflektortypen 1: Typ 1 2: Typ 2 3: Typ Karl Manz α: Beobachterwinkel R : relativer spezifischer Rückstrahlwert

32 Karl Manz Messtechnik

33 Karl Manz Messgeometrie

34 Lichtquellen zur Anleuchtung Introduction Karl Manz

35 Spektren von Lichtquellen 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] Karl Manz

36 Farbbereiche nach CIE 39.2 Surface Colour for Traffic Signs CIE ,900 0,800 y 0,700 0,600 0,500 0,400 CIE Red 39.2 Yelow 39.2 Green 39.2 Orange 39.2 White 39.2 Blue ,300 0,200 0,100 0,000 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 x Karl Manz

37 Farbbereiche Surface Colors for Traffic Signs 0,600 0,500 0,400 y 0,300 0,200 0,100 0,000 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 x Karl Manz

38 Karl Manz Anwendung Rückstrahler im Fahreugbereich

39 Farb-Konvertierungsfaktor Farb-Konvertierungsfaktor für Rückstrahlwerte von Rückstrahlern unterschiedlicher Farbe Farbe weiß: 4,0 gelb: 2,5 rot: 1 Faktor 1,6 1 0,4 1 0,625 0,25 Karl Manz

40 Rückstrahlwerte und deren Messflächen Vergleichstabelle für die Rückstrahlwirkung verschiedener rückstrahlender Einrichtungen der Farbe Gelb bei einem Beobachtungswinkel α = 1/3 Regelung Meßfläche cm ² mcd/lx Rückstrahlwert cd/lxm² mcd/lx 20 cm² R3 IA IV A , , R 70 min Karl Manz

41 Karl Manz Konturmarkierung

42 Karl Manz Unfallvermeidung durch Konturmarkierung

43 Lichttechnik im Automobil Tag-Nacht Vergleich Karl Manz

44 Karl Manz Folienmaterialien

45 Karl Manz Anwendung Rückstrahler für Verkehrszeichen

46 Karl Manz Anleuchtung von Verkehrszeichen

47 Beleuchtungsstärken auf Verkehrszeichen Durchschnittliche Beleuchtungsstärken in relativen Werten, senkrecht zur Anleuchtungsrichtung gemessen. Karl Manz

48 Karl Manz Straßenperspektive

49 Montagehöhen Position typische Montagehöhe E / lx E rel / % Kompensations- Factor E*/1 überkopf linke Seite rechte Seite links unten rechts unten Durchschnittliche Beleuchtungsstärken in absoluten und relativen Werten, senkrecht zur Anleuchtungsrichtung gemessen. Der Kompensationsfaktor E* bezieht sich auf eine Anleuchtungsentfernung von 70m. Die typische Montagehöhe ist auf die Unterkante des Schildes bezogen. Karl Manz

50 Karl Manz Zeichenleuchtdichte

51 Erkennen von Rückstrahlern 1 1: Mit Blendung durch entgegenkommendes Fahrzeug 2: Ohne Blendung C L Z : Leuchtdichte von Verkehrszeichen d: Beobachterentfernung A: Optimales Erkennen B: Gutes Erkennen C: Schwelle des Erkennens

52 Karl Manz Seitliche Verkehrszeichen

53 Karl Manz Brücken-Verkehrszeichen

54 Weißleuchtdichten Umfeld Kategorie Dunkel Hell Sehr hell Autobahn Landstraße Stadtstraße Tabelle 1: Typische minimale Weißleuchtdichten L min / cd m -2 in Abhängigkeit von Straßenkategorie und lichttechnischem Umfeld Karl Manz

55 Beobachtungswinkelbereiche Kategorie Bereich Typische Entfernungen d/m Typische Beobachtungs - winkel α/ Autobahn fern 100 d 300 m 0,13 α 0,41 Landstraße mittel 50 d 150 m 0,27 α 0,84 Stadtstraße nah 30 d 70 m 0,59 α 1,43 Tabelle 2: Typische Entfernungs- und Beobachtungswinkelbereiche (PKW) für verschiedene Straßenklassen. Karl Manz

56 Karl Manz Leuchtdichte weißer Reflexstoffe

57 Grenzwerte der Retroreflexion Aufsichtfarbe Rot Orange Gelb Grün Blau Purpur Weiß Grau A Grau B Schwarz Nicht retroreflektierend 0,07 0,22 0,50 0,10 0,05 0,05 0,75 0,29 bis 0,31 0,08 bis 0,10 0,02 Tabelle 4 Grenzwerte für Leuchtdichtefaktoren für Aufsichtfarben Typ 1 0,05 0,17 0,27 0,04 0,01 0,03 0, Retroreflektierend Typ 2 0,03 0,14 0,16 0,03 0,01 0,02 0, Karl Manz

58 Karl Manz Winkelgeometrien

59 Karl Manz Beleuchtungsstärken

60 Karl Manz Leuchtdichten

61 Karl Manz Leuchtdichten bei Brückenschildern

62 Anwendung Straßenmarkierung Anwendung Straßenmarkierung Karl Manz

63 Reflexion auf Straßen [Aus: Hentschel, Licht und Beleuchtung]

64 Karl Manz Reflexion bei Regen

65 Rückstrahlwerte - Beobachterwinkel

66 Warnkleidung Anwendung von Rückstrahlern für Warnkleidung Karl Manz

67 Karl Manz Warnkleidung - Beispiele

68 Karl Manz Anwendung Warnmarkierung

69 Karl Manz Tag-Nacht Vergleiche

70 Literaturangaben Licht und Beleuchtung, Hans-Jürgen Hentschel, Hüthig Buch Verlag GmbH, 2002 Handbuch der Beleuchtung, Horst Lange, ecomed Verlagsgesellschaft, 5. Auflage, 1992 Grundlagen der Lichttechnik, Siegfried Kokoschka, Karlsruhe 2003 Grundlagen der Lichttechnik aus fahrzeugtechnischer Sicht, Karsten Klinger, Karlsruhe 2003 Vorlesungsunterlagen zu Automobile Licht- und Displaytechnik Karlsruhe 2005 Lichttechnik und optische Wahrnehmungssicherheit im Straßenverkehr, Eckert Verlag Technik, 1993 Sehen und Verkehr, B. Gramberg-Danielsen Springer-Verlag,1967;

71 Microglaskugeln n 1 : Brechzahl Luft n 2 : Brechzahl Kugeln n 3 : Brechzahl Zwischenschicht S: Spiegelschicht

72 Gekapselte Glaskugeln n 1 : Brechzahl Luft n 2 : Brechzahl Kugeln S: Spiegelschicht T: Trägerschicht

73 Katzenaugen Reflexionsbereiche A: spitzwinklig B: weitwinklig S: Spiegelschicht

74 Spiegel- und Prismenreflektoren Spiegelarten A: Tripel B: Prismen

75 Rückstrahlwerte weißer Reflexstoffe Leuchtdichte [cd/m 2 ]

76 Karl Manz

77 Karl Manz Lichttechnik im Automobil

78 Karl Manz Lichttechnik im Automobil

79 Karl Manz Lichttechnik im Automobil

80 Ulbrichtkugel Formel: ρ x = E x E N ρ N [Aus: Hentschel, Licht und Beleuchtung]

81 Reflektometer Draufsicht Goniometer Reflektor Beobachter Lichtquelle Seitenansicht

82 Karl Manz Lichttechnik im Automobil

83 Karl Manz Lichttechnik im Automobil

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