Technologische Beschreibung und physiologische Bewertung eines hochaufgelösten Laserscanner-Scheinwerfersystems

Moderne Scheinwerfersysteme ermöglichen adaptive Lichtfunktionen, um bei Nachtfahrten dem Fahrer eine ideale Ausleuchtung und damit erhöhte Sicherheit zu bieten. Ebenso haben sich Laserdioden als neue Lichtquellen in Scheinwerfern etabliert, allerdings noch nicht in Kombination mit adaptiven Lichtfunktionen. Der Ansatz des Laserscanner-Scheinwerfers, welcher in einem Förderprojekt untersucht und als Prototyp entwickelt wurde, versucht diese funktionale Lücke zu schließen. Hierbei werden sechs Laserdioden auf einen Mikrospiegel gelenkt, welcher durch seine schwingende Bewegung eine ausgedehnte Lichtverteilung auf einem Weißlichtkonverter erzeugt ehe diese auf die Fahrbahn projiziert wird. ... mehrNeben einem Vergleich dieser Laserscannertechnologie mit anderen dynamischen Scheinwerfersystemen wird in dieser Arbeit das Feld der Lasersicherheit bezüglich Laserlicht im Automobil und im Besonderen des Laserscanners untersucht. Für das vorgestellte Scannersystem ergibt sich demnach ein nomineller Augen-Gefahrenabstand von circa 6m.

Während der Laserscanner-Entwicklung wurden Prototypen mit deutlich voneinander abgesetzten Laser-Kanälen in der vertikalen Anordnung auf dem Spiegel und folglich auf der Fahrbahn als zu inhomogen bewertet. In dieser Arbeit wurden daher drei Ansätze zur Bestimmung eines Homogenitäts-Kriteriums entwickelt. Die Fourieranalyse von Leuchtdichtedaten ist sensitiv auf periodische Inhomogenitäten innerhalb der gesamten Lichtverteilung und kann mit einer empirischen Bewertungsfunktion verglichen werden, inwiefern ein Mindestmaß an Homogenität erfüllt wird. Um ebenso lokale Inhomogenitäten zu identifizieren, werden die beiden Ansätze der Gradientenanalyse und Kontrastwahrnehmung genutzt. Erstere bestimmt den Leuchtdichte-Gradienten an jedem Punkt der Lichtverteilung, während bei der Methode der Kontrastwahrnehmung lokale Kontraste ermittelt werden. In beiden Fällen werden die bestimmten Leuchtdichteunterschiede mit der Weber-Fechner-Kurve verglichen. Diese gibt eine adaptationsabhängige Schwelle vor, ab welcher ein Leuchtdichteunterschied vom Auge noch wahrgenommen werden kann. Somit kann jeder Punkt einer Lichtverteilung als homogen oder inhomogen klassifiziert werden.

Die vorgestellten Methoden werden zur Bestimmung der Homogenität auf verschiedene Entwicklungsstände des Laserscannersystems angewendet. Die Ergebnisse zeigen, dass Inhomogenitäten sowohl bei unterschiedlichen Laserscanner-Modulen als auch bei konventionellen Scheinwerfersystemen identifiziert werden können.

Modern headlamps include adaptive light functions to improve drivers' comfort and safety at night drives. Even new light source technologies like laserdiodes are established in headlamps, but so far not combined with these dynamic light functionalites. The approach of the laser scanning headlamp, that was developed in the governmental funded research project iLaS, fills this gap. Here, six laser beams are directed on a micro mirror, which oscillates and creates by that an extended light distribution on a white light converter. Besides a comparison to other dynamic headlamp systems, this work gives an overview to the topic of laser safety and classifies the laser scanning module in terms of the international standard as laser class 1 with a nominal ocular hazard distance of around 6m.
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During the development of the laser scanning module the criterion of the homogeneity came up because the six channels of the laser diode were clearly distinguishable. Therefore in this thesis three approaches where developed to evaluate the homogeneity of a luminance distribution. The analysis of a Fourier transformation of the data gives information about the global homogeneity regarding periodic changes in the luminance. By comparing the results with an empiric evaluation function, a light distribution could be classified as homogenious or not. However, the information about local inhomogeneities is missing, so two additional methods are presented. These determine the gradient or the local contrast of the luminance at every point of a light distribution and compare them with the Weber-Fechner-Curve. Whether the local gradient or contrast exceeds the Weber-Fechner-Curve or not, the data pixel could be classified as distinguishable regarding his surrounding and appears as an inhomogeneity and vice versa.

The application of these approaches to classify the criterion of homogeneity to different states of developent of the laser scanning module is presented. The results show a successful use of these methods and could identify different modules as well as other conventional headlamp systems as homogenious or point out inhomogeneities within the luminance distribution.