DE19844581A1 - Vorrichtung zum elementweisen Steuern der Lichtintensität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung optischer Art zum ele­ mentweisen Steuern der Lichtintensität nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Vorrichtungen sind insoweit bekannt, als die Steuerung der Lichtmenge, teilweise in Verbindung mit der Beleuchtungszeit, bei vielen Prozessen eine erforderliche Voraussetzung darstellt. Hierfür bestehen verschiedenartige Steuerelemente wie Blenden, Filter usw. Eine mit einem derartigen Steuerelement beeinflußte Lichtmenge wird dann im spezifischen Anwendungsfall absorptiv, reflektorisch oder mittels transparenter Lichtleitung weiterverarbeitet.

Ein bekannter Fall der Lichtmengensteuerung findet z. B. bei der photographischen Aufnahme statt, bei der ein Lichtmeßelement die auftreffende Lichtmenge mißt und als Antwort darauf in Verbindung mit der Empfindlichkeit eines photographischen Films die Blende bzw. die Verschlußzeit des Photoapparates steuert. Der Photoapparat als Empfangsgerät wird auf die außen gegebenen, lichttechnischen Verhältnisse eingestellt, so daß durch Beeinflussung der Lichtintensität durch optische Elemente ein verwertbares Bild entsteht.

Bei Blendung wird im einfachsten Fall ein Filter vorgeschaltet, das in der Größe des Durchlaßfensters eine entsprechende Licht­ menge schluckt und eine relative Verdunklung hervorruft. Die Filterung aller Lichtanteile des Objektes hat dabei den Nachteil, daß dabei die hellen Lichtanteile in der Intensität gemindert werden, jedoch werden gleichzeitig die weniger intensiven Lichtanteile derart abgedunkelt, daß sie in der Erkennbarkeit nicht mehr verarbeitbar sind.

Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere auf die element­ weise Veränderung der von einem Objekt eintreffenden Licht­ menge, die funktionell gesteuert, auf Werte zwischen 0 und dem Ist-Lichtmengenwert und darüber hinaus verstärkt, gestaltbar ist. Bevorzugt ist die Anwendung, die ohne Verstärkung arbeitet.

Das menschliche Auge kann besonders bei Nacht durch Ein­ strahlung von hellen Lichtquellen im Sichtbereich des Auges stark in seiner Funktion gemindert werden. Dies geschieht z. B. beim Auto fahren häufig durch entgegenkommende Fahrzeuge, deren Scheinwerferlicht mit zu hohen Intensitäten auf die menschliche Netzhaut gelangt. Dadurch wird der Autofahrer geblendet und kann im Extremfall zeitweise nichts mehr vor seinem Fahrzeug erkennen, was die Sicherheit stark einschränkt. Obwohl z. B. Scheinwerfer des entgegenkommenden Fahrzeuges nur einen geringen Teil des Bildausschnittes oder des Blickfeldes mehr oder weniger punktförmig einnehmen, ist die Betrachtung insbesonders des Umfelds durch die Intensitätsunterschiede sehr eingeschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hohe Lichtintensitäten partiell zu reduzieren und im speziellen Fall für das menschliche Auge eine Blendung zu verhindern.

Mit der lösungsgemäßen Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 wird erreicht, daß empfangene hohe, für die Verarbeitung oder Beobachtung kritische Lichtmengen auf einen unkritischen Wert gegenüber dem mittleren Lichtpegel begrenzt werden und z. B. in bezug auf das menschliche Auge eine Blendung ausgeschaltet wird. Für das menschliche Auge bedeutet das, daß die Augen optimal arbeiten können, das Sehen, Beobachten oder Betrachten weniger erschwert ist und die an die optische Sinneswahrnehmung gekoppelten Reaktionen kontrollierter ablaufen können.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein feingeräte­ technischer, elektrooptischer Aufbau zur partiellen Steuerung der Lichtdurchlässigkeit in einer Blendschutzeinrichtung ist, werden an sich bekannte LCD-Scheiben eingesetzt, die von Quarzuhren, Displays, Bildschirmen usw. bekannt sind. Dabei ist jede dieser Scheiben in einzelne Segmente unterteilt, z. B. in 640 × 480 Segmente. Die einzelnen Segmente der Scheiben sind elektronisch in der Lichtdurchlässigkeit steuerbar. Die Abmessung der Scheiben und die Anzahl der Segmente kann je nach Anforderung auch abgeändert werden, ebenso können die Segmente mit anderen optischen Funktionen versehen werden, um die Durchlässigkeit, die Reflexion oder Absorption stetig zu verändern. Abgestimmt und korrespondierend zur LCD-Scheibe mit den steuerbaren, pixelhaften Segmenten besteht ein Bildauf­ nahme-Baustein, der auf das anvisierte Bild bzw. Objekt aus­ gerichtet, angeordnet ist.

Die bildseitige Optik umfaßt ein Objektiv sowie eine Blende, die den zu bearbeitenden Bildbereich auf den photoempfindlichen Bereichen des Bildaufnahme-Bausteins, ein Photo-Array, projiziert. Der Abgleich des auf das Photo-Array treffenden Lichts bzw. des Photostroms, den das Photo-Array abgibt, wird optisch oder elektronisch in bezug auf ein oder mehrere ausgewählte Pixel, alternativ integral durchgeführt. Der optische Helligkeitsausgleich kann manuell oder automatisch stetig oder in Stufen erfolgen.

Zwischen dem Bildaufnahme-Baustein und die die Lichtmenge verändernden LCD-Scheiben ist ein Bild-Prozessor geschaltet, der die zugehörigen Bildpunkte auf den LCD-Scheiben so ansteuert, daß die Lichtmenge im zugeordneten Segment entsprechend verändert wird. Mittels Veränderung der Polarisation kann das Segment z. B. vom ersten Zustand: "durchlässig" auf den zweiten Zustand: "undurchlässig" geschaltet werden.

Die Übertragung der vom Photo-Array eingehenden Signale in die zur LCD-Scheibe ausgehenden Signale ist des weiteren programmierbar. Die Programmierung kann den o.g. Abgleich umfassen, bestimmte Bildbereiche können vorgegeben, z. B. diskriminiert oder dillatiert werden, wie dies aus der Bildverarbeitung bekannt ist.

Die Vorrichtung zur Lichtmengensteuerung, die auch bildver­ ändernde Anteile enthalten kann, kann mit dem optisch aktiven Teil, der LCD-Scheibe, dem Auge in Verbindung mit einer Brille zugeordnet werden. Dabei kann die LCD-Scheibe die Form eines Brillenglases erhalten, bei welchem die einzelnen Pixel mittels elektrischer Steuerung lichtdurchlässig/lichtundurchlässig geschaltet werden.

Störende Effekte für das Sehvermögen des Betrachters werden vermieden, wenn die Pixelgrößen, deren Aufnahme vom Photo-Array und die Pixel- bzw. Segmentgröße der LCD-Scheibe, den physio­ logischen Bedingungen des Auges hinsichtlich Auflösung und Verarbeitungsfrequenz angepaßt werden. Das Photo-Array ist räumlich zwischen den Brillengläsern (LCD-Scheiben), in Höhe der Nasenwurzel des Benutzers angeordnet. Die Stromversorgung erfolgt wie üblich aus einem Netz, einer Batterie oder aus einem aufladbaren Akku.

Es folgt die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Figurendarstellung. Es zeigen:

Fig. 1 Bezogen auf die Geometrie der Augen sind rechts und links, hier oben und unten, zwei LCD-Scheiben (1, 2) angeordnet. Zwischen ihnen, entsprechend zwischen den Augen, mißt ein Photo-Array (4) die eintreffende Lichtmenge.

Das Photo-Array (4) ist ausgangsseitig mit einem Prozessor (3) verbunden, der die LCD-Scheiben (1, 2) zwecks Veränderung der sichtbaren Lichtmenge ansteuert.

Fig. 2 betrifft eine aufgegliederte Darstellung der LCD-Scheiben aus Fig. 1. Das in Pfeilrichtung einfallende Licht trifft auf eine Glasscheibe (6), tritt durch eine segmentierte, nur wenige Atome dünne Metallfolie (8), durch eine Flüssigkeit (7), die sich zwischen einer weiteren Metallfolie (8') und Glasscheibe (6') befindet. Die Metallfolien (8, 8') sind anhand von Punkten (11, 11') mit einer Rasterstruktur (Pixel) versehen. Die Metallfolien (8, 8') sind mit Anschlüssen (9, 9') versehen, an die eine Steuerspannungsquelle (10) angeschlossen sind. Die als Elektroden wirkenden Metallfolien (8, 8') ermöglichen eine punktuelle Ansteuerung eines jeweiligen Segments bzw. Pixels, wodurch die elementweise Lichtdurchlässigkeit pro Punkt bzw. Pixel gesteuert wird. Hierzu sind die beiden Glasscheiben (6, 6') als Polarisationsfilter ausgebildet, die Flüssigkeit (7) ändert bei Anlegen einer elektrischen Spannung ihren Drehwinkel für die Polarisation.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung insgesamt ist in Fig. 3 wie­ dergegeben. Eine ein Bild verkörpernde Kerze (12) besitzt eine Flamme (13) mit einem blendenden Lichtschein. Eine nicht dargestellte Abbildungsoptik bzw. ein Objektiv bildet das Bild von der Kerze (12) mit Flamme (13) auf dem auch in Fig. 1 wiedergegebenen Photo-Array (4) ab.

Die Signale des Photo-Arrays (4) werden dem in Fig. 1 eingezeichneten Bildprozessor (3) zugeleitet, der die in Fig. 2 dargestellte Steuerungsanordnung der LCD-Scheiben (1, 2) beaufschlagt.

In Fig. 3 findet sich die Kerze (12) mit Flamme (13) aufgrund der Abbildungsoptik auf den Kopf gestellt wiedergegeben.

Während das Bild der Kerze (12) mit Flamme (13) in Höhe der LCD-Scheiben (1, 2) tatsächlich noch mit blendenden Lichtmengen eintrifft, sind die blendenden Lichtmengen von der Flamme (13) hinterhalb der LCD-Scheiben (1, 2) ausgeblendet, wie es das Abbild (12') der Kerze (12) auf der Netzhaut (14) des Auges zeigt.

Pixel (11, 11') können durch Programmierung zu Gruppen zusammengefaßt werden.

Die Verarbeitung der vom Photo-Array (4) kommenden Eingangssignale zu Steuersignalen für die Segmente der LCD-Scheiben (1, 2) obliegt der Programmierung des Bild­ prozessors (3).

Bezugszeichenliste

1

,

2

LC-Scheiben

3

Bildprozessor

4

Fotoarray

5

Stromversorgung

6

,

6

' Glasscheiben

7

Flüssigkeit

8

,

8

' Metallfolien

9

,

9

' Anschlüsse

10

Steuerspannung

11

,

11

' Pixel

12

Kerze, real

12

',

12

'' Kerze, Abbildung

13

Flamme, real

13

' Flamme, Abbildung

14

Netzhaut des Auges

Claims (6)

1. Vorrichtung zur elementweisen Steuerung einer, von einem Bild oder Lichtsender empfangenen Lichtmenge mittels Lichtmengenaufnahme und entsprechend der Lichtmenge einge­ stellter strahlbeeinflussender optischer sowie opto­ elektronischer Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Licht bildelementweise in abgehendes Licht transformiert wird, indem das ankommende Licht bildelement­ weise durch ein Photo-Array (4) gemessen wird, die element­ weisen Ausgangssignale des Photo-Arrays (4) in einem Bild­ prozessor (3) programmiert verarbeitet und einer Licht­ mengen-Stelleinrichtung (1, 2) zwecks Erzeugung veränderter, austretender oder empfangener elementweiser Lichtmengen zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung zur Veränderung der Lichtmenge aus LCD-Scheiben (1, 2) besteht, die segmentweise ansteuerbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (11, 11') jeweils in einen lichtdurchlässi­ gen/lichtundurchlässigen Zustand durch Anlegung einer Spannung an zwei gegenüberliegende, zwischen sich eine Flüssigkeit (7) einschließende, Metallfolien (8, 8') bringbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Photo-Array (4) eine Anpaßoptik vorgeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die LCD-Scheiben (1, 2) in Verbindung mit einer Brille an­ geordnet sind und die Lichtmengenstelleinrichtung (1, 2) Lichtmengen oberhalb eines bestimmten Wertes sperrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierung des Bildprozessors verschiedene Funktionen enthält wie beispielsweise die zeitliche Verlängerung der Dunkelsteuerung von Pixeln, die dynamische Anpassung der Ansprechschwellen an die mittlere Helligkeit unter Ausblendung der Maximalwerte, die Anpassung der Ansprechschwellen an die Augencharakteristik und die Einbeziehung von manuellen Einstellreglern in die Prozessorprogramme.