DE10110231A1 - Optische Blende - Google Patents
Optische BlendeInfo
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Abstract
Es wird eine optische Blende vorgeschlagen, die dazu dient, ohne mechanische Vorrichtung eine optische Blende zu realisieren. Dabei wird ein elektrooptischer Effekt ausgenutzt, um ein elektrooptisch aktives Material, das sich zwischen einem Polarisator und einem Analysator befindet, zwischen transparent und nicht-transparent zu schalten. Dies kann insbesondere zum Aufbau einer Kamera, einer Raumüberwachung und für einen Brandmelder verwendet werden. Dabei ist es insbesondere möglich, mit Verwendung nur eines Bildaufnehmers einen ganzen Raum sequentiell abzutasten.
Description
Die Erfindung geht aus von einer optischen Blende nach der
Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.
Es ist bereits bekannt, mechanische Blenden vor einem
Bildaufnehmer als Meßaufnehmer zu verwenden, mit der die
Intensität des einfallenden Lichtes auf den Bildaufnehmer
eingestellt wird. Es sind beispielsweise Spaltblenden, bei
denen das Licht durch einen Spalt mit variabler
Spaltenbreite geleitet wird, und Lochblenden, bei denen
durch eine mechanische Iris ein Loch mit variablem
Durchmesser erzeugt wird, bekannt. Derartige mechanische
Blenden verlangen mechanische Aktoren, beispielsweise
Schrittmotoren und entsprechende mechanische bewegliche
Teile.
Die erfindungsgemäße optische Blende mit den Merkmalen des
unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
dass eine optische Blende ohne mechanische oder
elektromechanische Elemente realisiert wird. Dies
vereinfacht den Aufbau eines Bildaufnahmesystems mit Blenden
erheblich. Es wird hier vorteilhafterweise nur eine
Veränderung an den optischen Eigenschaften eines in der
optischen Blende befindlichen Materials vorgenommen. Dies
kann elektrisch, magnetisch oder thermisch vorgenommen
werden. Darüber hinaus gestaltet es die Herstellungskosten
erheblich günstiger, auf mechanische Teile zu verzichten. Es
ermöglicht ferner eine kompakte Bauform.
Wird eine optische Blende aus einer Mehrzahl von solchen
Anordnungen mit einem in seinen optischen Eigenschaften
veränderlichen Material hergestellt, dann sind verschiedene
Geometrien möglich. Damit eröffnen sich dann die
unterschiedlichsten Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere
ist es dabei möglich, einen Spalt mit variabler
Spaltenbreite aufzubauen oder eine Lochblende mit variablem
Öffnungsdurchmesser. Auch die Struktur der optischen Blende
läßt sich damit nahezu beliebig gestalten und eröffnet damit
eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte
Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen optischen Blende möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass das in seinen optischen
Eigenschaften veränderliche Material als ein Flüssigkristall
ausgebildet ist. Hier liegt dann ein elektrooptisch aktives
Material vor. Flüssigkristall ist ein von Digitalanzeigen
bekanntes Material, wobei der Flüssigkristall auch als
nematische Flüssigkeit bezeichnet wird und aus fadenförmigen
Molekülketten besteht, die, obwohl der Flüssigkristall eine
Flüssigkeit ist, zueinander ausgerichtet sind, so dass der
Flüssigkristall anisotrope optische Eigenschaften aufweist.
Schickt man Licht, das von einem Polarisationsfilter
polarisiert wurde, durch eine dünne Flüssigkristallschicht,
wobei die Ausbreitungsrichtung des Lichtes senkrecht zur
optischen Achse des Flüssigkristalls verläuft, dann tritt
Doppelbrechung auf und die Polarisationsrichtung des Lichts
ändert sich. Bei geeigneter Dicke der Flüssigkristallschicht
dreht sich die Polarisationsebene genau um 90°, so dass das
Licht das zweite im Vergleich zum Polarisator um 90°
gedrehte Polarisationsfilter (Analysator) passieren kann.
Wird nun ein elektrisches Feld in Ausbreitungsrichtung des
Lichtes angelegt, dann dreht sich die optische Achse des
Flüssigkristalls parallel zu dieser Ausbreitungsrichtung.
Dann tritt keine Doppelbrechung mehr auf. Die
Polarisationsebene des Lichtes wird nicht mehr gedreht und
das Licht kann deshalb den Analysator nicht mehr
durchdringen.
Von Flüssigkristallzellen mit verbessertem
Kontrastverhältnis gibt es Weiterentwicklungen, wie die
sogenannte Twisted-Nematic-Flüssigkristall-Zellen, wobei die
dünne Flüssigkristallschicht aus Molekülen, die eine
schraubenförmige Verdrehung aufweisen, die wiederum zu einer
90°-Verdrehung der Polarisationsebene des Lichtes führen,
besteht. Weitere Alternativen sind Super-Twisted-Nematic-
Zellen. Hier wird das Kontrastverhältniss durch eine dickere
Flüssigkristallschicht, die zu einer Verdrehung der
Polarisationsebene um 270° führt, verbessert. Eine weitere
Entwicklung sind Double-Super-Twisted-Nematic-Zellen. Dabei
werden hintereinander geschaltete Super-Twisted-Nematic-
Zellen verwendet, wobei eine davon aktiv ist, d. h.
elektrisch angesteuert wird und die zweite passiv dazu
dient, die Polarisationsebene des Lichtes wieder in die
ursprüngliche Richtung zurückzudrehen, um
Farbverfälschungen, die durch Dispersion des Lichtes
entstehen, wieder rückgängig zu machen. Es gibt auch Film-
Super-Twisted-Nematic-Zellen. Hier sorgen anstatt einer
zweiten Flüssigkristallschicht spezielle Kompensationsfolien
für die nötige Farbreinheit.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass die
Flüssigkristallzellen konzentrisch zueinander angeordnet
sind, um eine künstliche Iris zu realisieren. Damit kann
eine Lochblende mit variablem Durchmesser geschaffen werden.
Alternativ ist es von Vorteil, dass durch mehrere
Flüssigkristallzellen eine Matrix gestaltet werden kann, mit
der dann beliebige Geometrien zur Bildaufnahme möglich sind.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass die optische Blende als
optisches Schaltelement ausgebildet ist, wobei zwischen dem
optischen Schaltelement und dem Bildaufnehmer als
Meßaufnehmer eine Abbildungsoptik vorhanden ist, die das
Licht auf den Bildaufnehmer abbildet. Unter Licht wird hier
elektromagnetische Stahlung im allgemeinen verstanden. Dabei
stellt jede Flüssigkristallzelle der optischen Blende einen
eigenen optischen Schalter dar. Damit können dann Teile der
Abbildungsoptik unterschiedlich mit empfangenem Licht
beschaltet werden. Damit ist sowohl ein optisches Abtasten
eines Raumes als auch das Verfolgen eines bewegten Objekts
möglich. Darüber hinaus kann durch das Abtasten eines Raumes
festgestellt werden, ob ein Objekt oder eine Erscheinung
statisch ist oder sich bewegt. Weiterhin kann man ermitteln,
an welcher Stelle im Raum sich das Objekt befindet.
Dabei ist es insbesondere von Vorteil, dass die
Abbildungsoptik Linsen mit unterschiedlicher Vergrößerung
aufweist, so dass durch das Schalten des optischen
Schaltelements für den Bildaufnehmer unterschiedliche
Vergrößerungen möglich sind. Wird ein interessantes Objekt
für den Bildaufnehmer gefunden, dann kann durch die
entsprechende Beschaltung der optischen Blende eine Linse
mit größerer Vergrößerung ausgewählt werden, um dieses
Objekt besser zu untersuchen. Als Abbildungsoptik können
dabei vorteilhafterweise ein Linsensystem, beispielsweise
aus einem Mikrolinsen-Array oder planare Fresnel-Linsen oder
holographische Linsen verwendet werden. Holographische
Linsen zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine
eingeschriebene Gitterstruktur aufweisen, mit der dann die
Linsenwirkung ermöglicht ist. Solche holographische Linsen
werden zumeist lithographisch mit Elektronenstrahlen
hergestellt. Dabei ist auch eine wellenlängenabhängige
Filterwirkung möglich.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße optische Blende
auch bei einem Streulicht-Rauchmelder eingesetzt werden.
Dabei kann dann der Streulicht-Rauchmelder Streulicht aus
verschiedenen Richtungen detektieren. Von einer Lichtquelle
wird dabei Licht in einen bestimmten Raumbereich
abgestrahlt. Befindet sich in diesem Raumbereich Rauch, dann
wird das abgestrahlte Licht an ihm gestreut. Vor dem
Lichtempfänger des Streulicht-Rauchmelders befindet sich ein
Feld von Abbildungsoptiken, das das Streulicht, das von
verschiedenen Raumbereichen entlang des von der Lichtquelle
ausgehenden Lichtstrahles gestreut wird, auf den Empfänger
abbildet. Durch ein sequentielles Freischalten der einzelnen
Abbildungsoptiken kann das von den einzelnen Raumbereichen
gestreute Licht mit nur einem Lichtempfänger gemessen
werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es die
zusätzlichen Streulichtsignale ermöglichen, eine
zuverlässigere Alarmentscheidung zu treffen: Bei einem Brand
kann davon ausgegangen werden, dass der Rauch relativ
gleichmäßig vor dem Brandmelder verteilt ist, so dass von
jedem Raumbereich entlang des ausgesendeten Lichtstrahls ein
Streulichtsignal empfangen wird. Wenn nur von einem der
Raumbereiche ein großes Streulichtsignal empfangen wird,
dann deutet das auf eine Störgröße hin. Beispiel dafür sind
einzelne Insekten, die sich in einem der verschiedenen
Streuvolumen befinden oder ein Spinnennetz, das an einem
Streuvolumen gebaut wird.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass das optische
Schaltelement vor einem Infrarotdetektor als Bildaufnehmer
beziehungsweise Sensor angeordnet ist. Üblicherweise
arbeiten Bewegungsmelder nach dem "passiv Infrarot"-Prinzip
mit einem Wärmestrahlungssensor (Infrarotsensor) und einer
"segmentierten" Optik, die Strahlung aus unterschiedlichen
Bereichen des Raumes auf den Sensor führen. Geht eine Person
durch den so überwachten Raum, so betritt die Person
nacheinander Bereiche aus denen Wärmestrahlung auf den
Sensor fällt und Bereiche, aus denen keine Wärmestrahlung
auf den Sensor fällt. Diese "Strahlungsmodulation" wird in
diesen bekannten Meldern ausgewertet. Um Täuschungen durch
Strahlungsmodlulation aufgrund anderer Ursachen (Heizkörper,
Sonnenlicht) zu vermeiden, arbeiten diese Melder mit zwei
Sensoren in Differenzschaltung, um solche normalerweise
großflächigen Strahlungsmodulationen zu unterdrücken. Durch
Kombination des optischen Schaltelementes mit einem
Infrarotdetektor kann durch eine geeignete Abbildungsoptik
mit Hilfe eines einzigen Infrarotdetektors die aus
unterschiedlichen Bereichen eines Raumes gesendete
Wärmestrahlung empfangen werden. Personen, die durch diesen
Raumbereich gehen, ändern die Intensität der empfangenen
Wärmestrahlung am Sensor. Es ist aber vorteilhafterweise
hier nur ein Infrarotsensor nötig, da eben sequentiell
verschiedenste Raumbereiche auf den Infrarotsensor
abgebildet werden können. Mit einer solchen Anordnung ist es
dann möglich, den Ort der Person zu bestimmen. Weiterhin ist
es durch den Shuttereffekt der Blende auch möglich, stehende
Personen zu erkennen. Durch die Ortsbestimmung kann
weiterhin plausibel ermittelt werden, ob eine Person einen
sinnvollen Weg durch den Raum nimmt oder ob die erfaßten
Signale von einer Störquelle stammen. Wenn das
Abbildungssystem so ausgebildet ist, dass in den einzelnen
Raumsegmenten gesucht werden kann, beispielsweise durch eine
Vergrößerung, dann ist es auch möglich, die Größe von im
Vergleich zur Umgebung wärmeren Objekten zu bestimmen und
darin stehende Personen zu erkennen. Weiterhin wird es
dadurch möglich, die Bewegungsrichtung einer Person zu
bestimmen.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass das optische
Schaltelement vor einer Kamera angeordnet ist. Damit wird
der Aufbau einer sogenannten Dome-Kamera zur
Videoüberwachung mit einer nichtmechanischen Blende möglich.
Eine Dome-Kamera ist eine Kamera, die auf einer mechanischen
Ausrichteeinheit montiert ist, so dass sie auf
unterschiedliche Raumbereiche ausgerichtet werden kann. Um
einen ganzen Raum mit nur einer Videokamera zu überwachen,
wird die erfindungsgemäße optische Blende als optisches
Schaltelement eingesetzt, um einen gesamten Raum mit der
Videokamera abzubilden. Dies ist durch eine geeignete Optik
und ein geeignetes Linsensystem möglich. Dabei ist es ferner
möglich, in die einzelnen Raumbereiche zu zoomen.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Sensorik
(Bildaufnehmer), die hinter der Abbildungsoptik und der
erfindungsgemäßen optischen Blende sitzt, sowohl einen
Videosensor, der ein Bildaufnehmer mit einer
Bildanalyseeinheit ist, als auch einen Streulichtsensor
aufweist. Damit ist es einerseits möglich, gleichzeitig
einen Einbruchmelder und einen Brand- oder Feuermelder zu
realisieren. Dies kann durch einen pyroelektrischen Sensor
für einen Passiv-Infrarotmelder und ein Thermopile zur
Erfassung der von Flammen ausgehenden Infrarotstrahlung
ergänzt werden, um damit gleichzeitig eine Bewegungsmeldung
und einen Flammenmelder zu realisieren. Durch die Ausbildung
der Abbildungsoptik als ein optisches Filter ist es dabei
auch möglich, dass der sichtbare Spektralanteil des Lichtes
auf den Videosensor und der Infrarotanteil auf den
Infrarotsensor abgebildet wird. Das hat den Vorteil, dass
für jeden Raumbereich, der gleichzeitig auf mehreren
Sensoren abgebildet werden soll, nur eine Linse benötigt
wird. Eine holographische Linse ist hierfür besonders
geeignet.
Durch die oben dargestellten vorteilhaften Ausbildungen der
erfindungsgemäßen Blende ist es möglich, durch die
Kombination eines Infrarotdetektors und einem Videosensor
eine eindeutige Zuordnung von Temperatur- und
Helligkeitsinformationen in einem Raumbereich vorzunehmen.
Damit ist es dann möglich, einen Sensor herzustellen, mit
der die Anzahl der sich in einem Raum befindlichen Personen
bestimmbar wird. Die Abbildungsoptik wird wiederum so
gestaltet, dass der gesamte Raum in einzelne Segmente
aufgeteilt wird, die sequentiell auf die beiden Sensoren
abgebildet werden, und dass das Zoomen in einzelne
Raumbereiche möglich wird. Wird nur ein Videobild zur
Bestimmung der Personenanzahl in einem Raum verwendet, dann
kann man nur schwer zwischen Personen und Gegenständen, die
ungefähr die gleiche Größe wie ein Mensch haben,
unterscheiden. Zusätzliche Temperatursignale des
Infrarotdetektors beziehungsweise -sensors ermöglichen es,
zwischen kalten Gegenständen und warmen Personen zu
unterscheiden. Die alleinige Verwendung eines
Infrarotdetektors zur Bestimmung der Personenanzahl ist
problematisch, da es vor allem, wenn sich die Personen im
Raum bewegen, zur Bestimmung der Personenzahl erforderlich
ist, einzelne Personen zu identifizieren, um zu vermeiden,
dass sie eventuell doppelt gezählt werden. Dies ist allein
durch Bestimmung der Temperaturverteilung im Raum mittels
des Infrarotdetektors nicht möglich. Daher ist eine
Kombination des Videosensors und des Infrarotdetektors hier
von besonderem Vorteil.
Eine weitere Anwendung der Kombination des Infrarotdetektors
mit dem Videosensor ist die Verkehrsflußüberwachung. Gerade
bei dichtem Straßenverkehr ist es schwierig, mit einem
Videosensor dicht hintereinander oder nebeneinander fahrende
Fahrzeuge zu unterscheiden. Bei zusätzlichen
Infrarotsensoren lassen sich die einzelnen Fahrzeuge
zuverlässiger voneinander trennen, da die heißen Stellen am
Fahrzeug eine geringere räumliche Ausdehnung besitzen als
das Fahrzeug selbst. Eine Spezialanwendung dabei ist die
Überwachung auf Tunnelbrand bzw. Fahrzeugkontrolle. Mit dem
erfindungsgemäßen Sensor können in einen Tunnel einfahrende
Fahrzeuge dahingehend überprüft werden, ob auf ihnen ein
Brand ausgebrochen ist. Deutet ein stark erhöhtes
Temperatursignal des Infrarotdetektors auf einen Brand auf
dem Fahrzeug hin, dann kann das in den Tunnel einfahrende
Fahrzeug gewarnt bzw. die Feuerwehr alarmiert werden.
Eine weitere Anwendung ist die Anwesenheitskontrolle in dem
Raum. Durch die Erkennung von in einem Raum stehende
Personen kann die Heizung, die Klimaanlage, die Lüftung und
das Licht gesteuert werden. Ferner ist es in einem mit einem
Brandmelder kombinierten Sensor möglich, die ermittelten
Sensorinformationen an die Feuerwehr weiterzuleiten und
damit für Interventionsmaßnahmen im Brandfall zu verwenden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine
erfindungsgemäße optische Blende. Fig. 2 eine künstliche
Iris aus der erfindungsgemäßen optischen Blende, Fig. 3 ein
Array von erfindungsgemäßen optischen Blenden, Fig. 4 die
erfindungsgemäße optische Blende mit einem Bildaufnehmer und
einer Abbildungsoptik, Fig. 5 die erfindungsgemäße optische
Blende in einem Streulicht-Rauchmelder, Fig. 6 die
erfindungsgemäße optische Blende zum Einsatz einer
Personenerkennung und Fig. 7 die erfindungsgemäße optische
Blende in einem kombinierten Video-Infrarotsensor.
Der Begriff Meßaufnehmer beinhaltet als Oberbegriff einen
Bildaufnehmer, ggf. zusammen mit einer Bildanalyseeinheit
als "Videosensor", als auch Einzelsensoren wie
Photoempfänger, Infrarotsensoren als auch Kombinationen der
verschiedenen Sensoren und Bildaufnehmer
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße optische
Blende, wobei hier eine Flüssigkristallzelle angegeben ist.
D. h. hier wird der Flüssigkristall als elektrooptisch
aktives Material verwendet. Es ist möglich, dass mehr als
eine Flüssigkristallzelle in der optischen Blende kombiniert
sind und so beispielsweise ein differentielles Abtasten
eines Raums zu ermöglichen. Dies ermöglicht nahezu beliebige
Geometrien der optischen Blende.
Eine Lichtquelle 1 strahlt Licht auf einen Polarisator 2,
der das Licht in der Schwingungsebene dreht, so dass das
dann gedrehte Licht auf ein elektrooptisch aktives Material
4, hier ein Flüssigkristall, fällt. Der Flüssigkristall
zeigt eine Doppelbrechung, so dass es die
Polarisationsrichtung des Lichtes geändert wird. Bei einer
geeigneten Dicke der Flüssigkristallschicht dreht sich die
Polarisationsebene um genau 90°, so dass das Licht einen
Analysator 6 passieren kann. Der Analysator 6 und der
Polarisator 2 haben zueinander senkrechte
Polarisationsebenen. Wird nun ein elektrisches Feld in
Ausbreitungsrichtung des Lichtes angelegt, dann dreht sich
die optische Achse des Flüssigkristalls parallel zu dieser
Ausbreitungsrichtung. Dann tritt keine Doppelbrechung mehr
auf und die Polarisationsebene des Lichtes wird nicht mehr
gedreht. Das Licht kann deshalb den Analysator 6 nicht mehr
durchdringen, um zu einem Lichtempfänger 7 als Bildaufnehmer
zu gelangen. Zum Anlegen des elektrischen Feldes dienen die
Elektroden 3 und die Spannungsquelle 5.
Es ist bekannt, dass sich die optischen Eigenschaften von
Materialien durch elektrische Felder beeinflussen lassen.
Beim sogenannten Kerr-Effekt wird durch ein elektrisches
Feld in einem isotrophen Stoff Doppelbrechung erzeugt.
Dieser Effekt wird beispielsweise in einer Kerr-Zelle dazu
verwendet, die Intensität einer Lichtquelle zu steuern. Eine
Kerr-Zelle besteht aus gekreuzten Polarisationsfilter, wie
eben dargestellt der Polarisator und der Analysator,
zwischen denen sich der isotrophe Stoff befindet, der durch
das elektrische Feld eines Kondensators beeinflußt wird. Der
Kondensator wird durch die Elektroden gebildet.
Bei abgeschaltetem elektromagnetischem Feld kann das Licht
nachdem es vom ersten Polarisationsfilter polarisiert wurde,
nicht durch den Analysator zum Empfänger gelangen. Bei
Einfluß des elektrischen Feldes wird der Stoff
doppelbrechend, so dass die Schwingungsebene des durch den
Polarisator linear polarisierten Lichts gedreht wird und
durch den Analysator zum Empfänger gelangen kann. Dieser
Effekt der elektrisch induzierten Doppelbrechung wird auch
in der Pockels-Zelle angewandt, die genau so wie die Kerr-
Zelle aufgebaut ist. Im Gegensatz zum Flüssigkristall wird
hier jedoch durch Anlegen des elektrischen Feldes eine
Doppelbrechung erzeugt. Die Kerr-Zelle als auch die Pockels-
Zelle sind also Alternativen zum Flüssigkristall.
Fig. 2 zeigt eine Irisblende, die aus mehreren
konzentrischen Flüssigkristallzellen aufgebaut ist. Liegt an
keiner der Flüssigkristallzellen A, B, C und D eine Spannung
an, dann ist die Irisblende ganz geöffnet. Wird an die
Flüssigkristallzelle D eine Spannung angelegt, dann
absorbiert sie das Licht und die Blendenöffnung verkleinert
sich. Um so mehr Flüssigkristallzellen C, B, A angesteuert
werden, desto kleiner wird die Öffnung der Irisblende, bis
es zum vollständigen Schließen kommt. Genauso läßt sich aus
mehreren Flüssigkristallzellen ein Spalt mit variabler
Spaltbreite aufbauen.
Fig. 3 zeigt ein aus der optischen Blende angeordnetes
Array 8. Jedes Rechteck hier repräsentiert eine
Flüssigkristallzelle, die unabhängig voneinander jeweils
ansteuerbar sind. Die schraffierten Zellen 9 sind nicht mit
einem elektrischen Feld beaufschlagt, während die nicht-
schraffierten Zellen mit einem elektrischen Feld
beaufschlagt sind. Damit sind die schraffierten Zellen
völlig transparent für das Licht und das durch die
schraffierten Zellen angegebene Blendenmuster ist geöffnet.
Durch das Ansteuern der einzelnen Zellen sind also nahezu
beliebig gestaltbare Blendenöffnungen möglich.
Fig. 4 zeigt einen Bildaufnehmer 10, der sich hinter einer
Abbildungsoptik 11 und einer erfindungsgemäßen optischen
Blende 12 befindet. Die optische Blende 12 weist drei
Flüssigkristallzellen 13, 14, 15 auf, die unabhängig
voneinander ansteuerbar sind. Die Abbildungsoptik 11 weist
unterschiedliche Linsen auf, die durch das Öffnen und
Schließen der Flüssigkristallzellen zur Strahlenbündelung
auf den Bildaufnehmer 10 eingesetzt werden. Mit der
optischen Blende 12 ist es möglich, selektiv ein Bild einer
einzelnen Linse auf den Bildaufnehmer 10 aufzuschalten, in
dem vor den anderen Linsen der Abbildungsoptik 11 die
Flüssigkristallzellen geschlossen werden. Die
Abbildungsoptik 11 kann beispielsweise so gestaltet werden,
dass der gesamte Raum 19 vor dem Bildaufnehmer 10
segmentiert wird, wie es durch die Strahlen 16, 17, 18
angedeutet wird. Jedes einzelne Segment wird auf demselben
Bildaufnehmer 10 abgebildet. Damit ist es nun möglich, den
gesamten Raum mit nur einem Bildaufnehmer 10 mit einer
großen Bildauflösung zu erfassen. Alternativ sind jedoch
auch Optiken denkbar, bei denen nur einzelne ausgewählte
Bereiche des Raumes 19 auf den Bildaufnehmer 10 abgebildet
werden. Es ist auch möglich, durch eine geeignete
Abbildungsoptik 11 einen Raumbereich in unterschiedlicher
Vergrößerung auf dem Bildaufnehmer 10 abzubilden, so dass es
möglich ist, durch ein selektives Freischalten einzelner
Linsen einen bestimmten Raumbereich zu zoomen. Als
Abbildungsoptik 11 sind wie oben dargestellt Linsensysteme,
z. B. ein Mikrolinsen-Array, planare Fresnel-Linsen und
holographische Linsen möglich. Holographische Linsen haben
darüber hinaus den Vorteil, dass sie preiswert herstellbar
sind. Ferner können holographische Linsen wie später
dargestellt gleichzeitig als Spektralfilter hergestellt
werden.
Fig. 5 zeigt den Aufbau eines Streulicht-Brandmelders mit
mehreren Streupunkten 24, 25 mittels einer nichtmechanischen
erfindungsgemäßen optischen Blende 22. Die optische Blende
22 weist hier zwei Flüssigkristallzellen als schaltbare
optische Elemente auf. Damit werden dann die Streupunkte 24,
25 jeweils für einen Bildaufnehmer 20 freigeschaltet. Hinter
der optischen Blende 22 befindet sich ein Abbildungssystem
21 mit Linsen, die das die optische Blende 22 passierende
Licht auf den Bildaufnehmer 20 fokussieren. Zwischen der
optischen Blende 22 und den Linsen 21 befindet sich ein
Spektralfilter 21a, das nur für den Spektralbereich des von
der Lichtquelle emittierten Lichtes durchlässig ist. Mit
einer Lichtquelle 23 wird das Licht in die Streupunkte 24,
25 gebracht, so dass nur Licht in den Bildaufnehmer 20
gestreut wird, wenn sich hier Objekte befinden, die zu einer
Lichtstreuung führen. Solche Objekte sind z. B. Rauch oder
andere Partikel, an denen sich das Licht streut. In dieser
Weise wird ein Freiraum-Streulicht-Rauchmelder realisiert.
Eine solche Anordnung ist grundsätzlich auch mit einer
lichttechnisch geschlossenen Meßkammer (Labyrinth) denkbar
und kann so helfen, Störgrößen durch Insekten oder
Staubpartikel zu unterdrücken.
Fig. 6 zeigt schematisch wie die erfindungsgemäße optische
Blende im Zusammenspiel mit einer Abbildungsoptik 27 und
einem einzigen Bildaufnehmer 26 als Bewegungsmelder
funktioniert. Die optische Blende 28 weist drei
Flüssigkristallzellen auf, mit denen ein Raum segmentierbar
wird. Eine Person 29 nähert sich dem segmentierten Raum und
wird durch ein sequentielles Schalten der
Flüssigkristallzellen der optischen Blende 28 dann in den
einzelnen Bereichen, die durch die optische Blende 28
freigeschaltet werden, erkannt. Das Abbildungssystem 27
fokussiert dann die Infrarotstrahlung, die von der Person 29
ausgeht und durch die optische Blende 28 transparent
hindurchgeht, auf den Bildaufnehmer 26, der daher hier ein
Infrarotdetektor sein wird. Als Infrarotdetektor ist ein
Bolometer, ein Thermopile, ein pyroelektrischer Sensor oder
ein pyroelektrischer Detektor-Array möglich.
Fig. 7 zeigt eine Kombination eines Infrarotdetektors 30
mit einem Videosensor 31, um somit einen Einbruchs- und
Brandmelder in einem Melder zu kombinieren. Eine optische
Blende 33 mit zwei Flüssigkristallzellen segmentiert einen
Raum 34, der überwacht werden soll. Auf die optische Blende
33 folgt eine Abbildungsoptik 32 mit zwei Linsen, die die
durch die optische Blende gehende Strahlung auf die
Infrarotsensoren 30 und den Videosensor 31 fokussiert. Für
die Abbildungsoptik 32 können holographische Linsen
verwendet werden, wobei jede einzelne holographische Linse
so gestaltet sein kann, dass der sichtbare Spektralanteil
des Lichts auf dem Videosensor 31 und der Infrarotanteil auf
dem Passiv-Infrarotsensor 30 abgebildet wird. Dies hat den
Vorteil, dass für jeden Raumbereich, der gleichzeitig auf
mehreren Sensoren abgebildet werden soll, nur eine Linse
benötigt wird.
Claims (17)
1. Optische Blende, wobei die optische Blende (12, 22, 28,
33) vor einem Meßaufnehmer (7, 10, 20, 26, 30, 31)
angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
optische Blende (12, 22, 28, 33) ein in seinen optischen
Eigenschaften veränderliches Material (4) zur Erzeugung
der optischen Blendenwirkung aufweist.
2. Optische Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Blende (12, 22, 28, 33) wenigstens
eine Anordnung mit einem Analysator (6), dem Material
(4) und einem Polarisator (2) aufweist, dass die
wenigstens eine Anordnung durch ein an das Material (4)
angelegte elektrisches Feld eine optische Blendenwirkung
erzielt und dass an unterschiedliche Anordnungen
voneinander unabhängige elektrische Felder anlegbar
sind.
3. Optische Blende nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Material (4) als ein Flüssigkristall
ausgebildet ist.
4. Optische Blende nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass das Flüssigkristall als Twisted-Nematic-
Flüssigkristall oder als Super-Twisted-Nematic-
Flüssigkristall oder als Double-Super-Twisted-Nematic-
Flüssigkristall oder als Film-Super-Twisted-Nematic-
Flüssigkristall ausgebildet ist.
5. Optische Blende nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der
Anordnungen konzentrisch angeordnet sind.
6. Optische Blende nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der
Anordnungen in einer Matrix angeordnet sind.
7. Optische Blende nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die optische Blende als
optisches Schaltelement vor einem Meßaufnehmer mit einer
Abbildungsoptik ausgebildet ist, wobei jede Anordnung
der optischen Blende einen separaten optischen Schalter
darstellt.
8. Optische Blende nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abbildungsoptik eine Anordnung von Linsen mit
unterschiedlichen Vergrößerungen aufweist.
9. Optische Blende nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik als
Linsensystem oder als planare Fresnel-Linsen oder als
holographische Linsen ausgebildet ist.
10. Optische Blende nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Schaltelement vor
einem Empfänger als dem Meßaufnehmer eines Streulicht-
Rauchmelders angeordnet ist.
11. Optische Blende nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Schaltelement vor
einem Infrarotdetektor als dem Meßaufnehmer angeordnet
ist.
12. Optische Blende nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das optische Schaltelement vor
einer Kamera als dem Meßaufnehmer angeordnet ist.
13. Optische Blende nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Meßaufnehmer einen Videosensor
und einen Infrarotsensor aufweist.
14. Optische Blende nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik ein
Spektralfilter zur Filterung des Lichts für den
Infrarotsensor aufweist.
15. Optische Blende nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik wenigstens eine
holographische Linse aufweist, wobei jede holographische
Linse das sichtbare Licht auf den Videosensor und das
Infrarotlicht auf den Infrarotsensor abbildet.
16. Optische Blende nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Meßaufnehmer zur
Personenzählung und zur Verkehrsflußüberwachung oder zur
Brandüberwachung nutzbar ist.
17. Optische Blende nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Signale von dem Meßaufnehmer
zur Personenzähler zur Steuerung von Haustechnik nutzbar
sind.
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