DE102014107587B3 - Electronic glasses - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Brille für einen Träger mit mindestens einem Auge vorgeschlagen, mit einem Brillengestell (F) und zwei Brillengläsern. Die Brillengläser sind Flüssigkristallzelle (LC), deren Transmission durch eine geeignete Ansteuerung veränderbar ist. Die Brille hat Sensoren (IL, IR) zum Messen der Helligkeit des auf sie treffenden sichtbaren Lichts, wobei die Sensoren augenseitig des Brillenglases angeordnet sind. Die Sensoren messen die Helligkeit durch die Brillengläser in Blickrichtung des Brillenträgers. Ferner hat die Brille einen geschlossenen Regelkreis, wobei es einen vorgegebenen Sollwert für den Regelkreis (MC) gibt, der die Helligkeit am Auge des Brillenträgers festlegt. Als Istwert dienen dem Regelkreis die von den Sensoren gemessene Helligkeiten am Auge des Brillenträgers. Mit einer solchen Brille lässt sich die Helligkeit für die Augen des Brillenträgers stets in Echtzeit auf einem konstanten Niveau halten, und zwar auch bei schnell und stark wechselnder Umgebungshelligkeit.It is suggested glasses for a wearer with at least one eye, with a spectacle frame (F) and two lenses. The lenses are liquid crystal cell (LC) whose transmission can be changed by a suitable control. The glasses have sensors (IL, IR) for measuring the brightness of the visible light impinging on them, the sensors being arranged on the eye side of the spectacle lens. The sensors measure the brightness through the lenses in the direction of the wearer. Furthermore, the goggles have a closed loop, with there being a predetermined target value for the control loop (MC), which determines the brightness on the eye of the wearer. The actual value used by the control circuit is the brightness measured by the sensors on the eye of the spectacle wearer. With such glasses, the brightness for the eyes of the wearer can always be maintained in real time at a constant level, even with fast and strong changing ambient brightness.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine elektronische Brille.The invention relates to electronic glasses.

Stand der TechnikState of the art

Die durch einen Lichtmodulator hindurchtretende Lichtintensität, die sogenannte Transmission, lässt sich mit Hilfe von diversen am Markt verfügbaren Flüssigkristall-Zellen (TN, STN, Fe-IC, etc.) derart elektrisch steuern, dass mindestens 2 Zustände erreicht werden, nämlich durchlässig transparent oder undurchlässig dunkel, wie bei gängigen aktiven 3D-Fernsehbrillen der Fall.The light intensity passing through a light modulator, the so-called transmission, can be electrically controlled with the aid of various liquid crystal cells (TN, STN, Fe-IC, etc.) available on the market in such a way that at least 2 states are achieved, namely transparent or transparent Opaque dark, as is the case with popular 3D active TV glasses.

Gemäß dieser Grundidee wurden schon in den sechziger Jahren erste Versuche zu „elektronischen Sonnenbrillen” unternommen, um dem Träger einer solchen Brille variable Transmission zu bieten.According to this basic idea, first attempts were made in the sixties to "electronic sunglasses" to provide the wearer of such glasses variable transmission.

So zeigt z. B. die DE 10 2012 217 326 A1 eine Sonnenschutzbrille mit einer mittels eines elektrischen Signals veränderbaren optischen Transmission. Die Sonnenbrille weist einen augenseitig angeordneten Sensor auf, der das auf die Brille treffende Licht misst und das nötige Signal zum Steuern der Transmission erzeugt. Bei hellerem Licht dunkelt die Brille automatisch ab.So z. B. the DE 10 2012 217 326 A1 a sunshade with an optical transmission variable by means of an electrical signal. The sunglasses have an eye-mounted sensor which measures the light striking the glasses and generates the necessary signal to control the transmission. In brighter light, the glasses darken automatically.

Die DE 199 07 334 A1 beschreibt eine elektrochrome Gradientenblende unter Verwendung von Flüssigkristallen.The DE 199 07 334 A1 describes an electrochromic gradient shutter using liquid crystals.

Steuerung statt Closed-Loop RegelungControl instead of closed-loop control

Die bisher bekannten elektronischen Sonnenbrillen arbeiten mit reinen Steuerungen, d. h. die Fotosensoren liegen oft „außen”, so dass lediglich die Helligkeit gemessen wird, die auf die Brille von außen auftrifft (s. z. B US 5 172 256 A ).The previously known electronic sunglasses work with pure controls, ie the photo sensors are often "outside", so that only the brightness is measured, which is incident on the glasses from the outside (sz B US 5 172 256 A ).

Dementsprechend wird quasi „blind”, d. h. via Kennlinie, die nur auf reinen Erfahrungswerten beruht (Look-up Table, Kennline, etc.), über ein Stellglied (Verstärker/Treiber) ein LCD entsprechend hell oder dunkel geschaltet – oftmals auch nur in 2 diskreten Helligkeitsstufen (z. B. Brille transparent oder mit X% dunkler Tönung).Accordingly, quasi "blind", d. H. via characteristic curve, which is based only on pure empirical values (look-up table, Kennline, etc.), via an actuator (amplifier / driver) an LCD according to light or dark switched - often only in 2 discrete brightness levels (eg glasses transparent or with X% dark tint).

Selbst wenn diese Steuerung kontinuierlich, also „anlog”, funktionieren würde, d. h. zu jedem Helligkeitswert, der außen gemessen wird, ein bestimmter Grau-Wert am LCD erzeugt werden würde, so ist und bleibt es eine „blinde Steuerung”, da die echte Helligkeit, die durch das LC hindurchtritt, stets unbekannt bleibt.Even if this control would work continuously, so "anlog", d. H. For each brightness value measured outside, a certain gray level would be generated on the LCD, so it is and remains a "blind control" since the true brightness passing through the LC is always unknown.

Zu wenige und falsch platzierte FotosensorenToo few and misplaced photosensors

Zudem existieren oftmals viel zu wenige Sensoren, deren Empfangsrichtung völlig unspezifisch ist (zeigen nach vorn oder in Richtung Himmel). Dies führt sehr oft zu völlig falschen und sogar gegenteiligen Reaktionen der Brille. Beispiel: Schaut der Träger der Brille beispielsweise in eine dunkles Betrachtungsgebiet (dunkle Ecke), während aber gleichzeitig die Brille von einem verirrten Strahl Sonnenlicht erfasst wird (durch zufällige Reflexionen an Gegenständen oder durch bewegte Blätter im Wald, die ein feines, variables Hell-Dunkel-Muster werfen), so wird das LC dunkel, obwohl es eigentlich hell werden sollte, weil der Träger den dunklen Bereich sehen will.In addition, there are often too few sensors whose direction of reception is completely unspecific (pointing forward or towards the sky). This often leads to completely wrong and even opposite reactions of the glasses. For example, if the wearer of the goggles looks into a dark viewing area (dark corner), but at the same time the goggles are caught by a stray beam of sunlight (through random reflections on objects or through moving leaves in the forest, creating a fine, variable chiaroscuro Pattern), so the LC will be dark, although it should actually be bright, because the wearer wants to see the dark area.

Diese „nicht intelligenten Brillen” führen also zu gefährlichen Fehlreaktionen bzw. Fehlfunktionen, die leider das exakte Gegenteil von dem bewirken, was eigentlich erzielt werden soll, also die Sicht im schlimmsten Fall verschlechtern.These "non-smart glasses" thus lead to dangerous malfunction or malfunction, which unfortunately cause the exact opposite of what should actually be achieved, so deteriorate the view in the worst case.

Diese Verschlechterung der Sicht wird sogar noch durch 3 Effekte verstärkt:

  • – indem oftmals nur ein Fotosensor oder zumindest zu wenige Fotosensoren eingesetzt werden.
  • – nur ein LC für beide Augen verwendet wird, d. h. keine unabhängige 2-Kanal-Steuerung für rechtes und linkes Auge getrennt vorgenommen wird.
  • – bei starkem Gegenlicht (z. B. entgegen einer tief stehenden Sonne) keine Eigenlichtquelle zur Verfügung steht, die dem Schließen der Shutter entgegen wirkt.
This deterioration of visibility is even enhanced by 3 effects:
  • - By often only a photosensor or at least too few photosensors are used.
  • - Only one LC is used for both eyes, ie no independent 2-channel control for the right and left eye is made separately.
  • - In strong backlight (eg., Against a low sun) no self-light source is available, which counteracts the closing of the shutter.

Aufgabetask

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbesserung im Bereich der elektronischen Helligkeits-gesteuerten Brillen zu erzielen.The object of the invention is to achieve an improvement in the field of electronic brightness-controlled spectacles.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.This object is achieved by the inventions having the features of the independent claims. Advantageous developments of the inventions are characterized in the subclaims. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification.

Im Folgenden werden an einigen Stellen einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.In the following, individual process steps will be described in some places. The steps do not necessarily have to be performed in the order given, and the method to be described may also have other steps not mentioned.

Alle oben genannten Probleme werden mit einer „intelligenten Brille” gelöst, bestehend aus mindestens einem Closed-Loop-Echtzeit-PID-Regelkreis, vorzugsweise jedoch bestehend aus 2 völlig unabhängigen Regelkreisen dieses Typs, nämlich einen für das linke Auge bzw. den linken Shutter und einen für das rechte Auge bzw. den rechten Shutter.All of the above problems are solved with "smart glasses" consisting of at least one closed-loop real-time PID loop, but preferably consisting of 2 completely independent control circuits of this type, namely one for the left eye and the left shutter and one for the right eye and the right shutter.

Damit sich ein Closed-Loop-Regelkreis realisieren lässt, muss pro Auge (pro Regelkreis) mindestens ein Fotosensor „innenliegend” sein, nämlich derart, dass er in Blickrichtung, gleichsam wie das menschliche Auge, durch den Shutter hindurchschaut und somit die „tatsächliche Helligkeit” misst.In order for a closed-loop control loop to be realized, at least one photosensor must be "in-line" per eye (per control loop), namely in such a way that it looks through the shutter in the direction of sight, like the human eye, and thus the "actual brightness " measures.

In der Regelungstechnik spricht man hier vom „Istwert”. Der Fotosensor nimmt damit quasi die Rolle des Auges ein. Er misst also stellvertretend für das Auge die „echte Helligkeit”, die in das Auge fällt, und eben nicht nur irgendeine zufällige äußere Helligkeit.In control engineering, this is called the "actual value". The photosensor thus takes on the role of the eye. So he measures the "true brightness" that falls into the eye as a proxy for the eye, and not just any random external brightness.

Weiterhin werden von dieser Art Fotosensoren mindestens 2, oder besser 3 Fotosensoren pro Auge eingesetzt, deren Positionierung ein Koordinatensystem aufspannt, beispielsweise ein Dreieck, auf dessen Ecke der statistische Ortsmittelwert der Pupille zu liegen kommt – der in der Regel (bei nicht schielenden Menschen) identisch ist mit dem Punkt der Geradeaussicht (siehe Skizze).Furthermore, at least 2, or better, 3 photosensors per eye are used by this type of photosensors whose positioning spans a coordinate system, for example a triangle on whose corner the statistical mean value of the pupil comes to lie - which is usually identical (in the case of non-squinting people) is with the point of the straight ahead view (see sketch).

Mit Hilfe einer Triangulations-Berechnung (Pythagoras oder ähnliche geometrische Berechnungen) lässt sich dann die mittlere Helligkeit in Bezug auf diesen statistischen Ortsmittelwert bzw. auf diese Geradeaussicht berechnen und als „Istwert” für die Regelung heranziehen.With the aid of a triangulation calculation (Pythagoras or similar geometric calculations), the average brightness with respect to this statistical mean value or this straight-ahead view can then be calculated and used as "actual value" for the control.

Zudem haben „mehrere innenliegende Fotosensoren pro Auge” den Vorteil, dass durch diese Redundanz die Mess-Sicherheit erhalten bleibt, auch bei versehentlicher Verschmutzung (Fliege auf Fotosensor) oder bei versehentlich verstärktem Lichteinfall (zufällige Reflexion).In addition, "several internal photo sensors per eye" have the advantage that this redundancy preserves measurement safety, even in case of accidental contamination (fly on photosensor) or accidentally amplified light (random reflection).

Wie aus der allgemeinen Regelungstechnik bekannt, gibt es neben dem „Istwert” auch den „Sollwert” – auch Set-Point genannt – der zunächst mit einer Art Potentiometer oder vergleichbarem „Einsteller” so vorgegeben wird, dass das Auge bzw. der Pupillendurchmesser konstant dunkeladaptiert bleibt – ähnlich wie bei einer relativ starken Sonnenbrille, z. B. mit Schutzstufe III (S3, 8–18% Transmission).As is known from general control engineering, there is next to the "actual value" also the "setpoint" - also called set point - which is initially set with a kind of potentiometer or similar "adjuster" so that the eye or the pupil diameter is constantly dark adapted remains - similar to a relatively strong sunglasses, z. B. with protection level III (S3, 8-18% transmission).

Der Regler bzw. die gesamte Regelstrecke ist derart schnell, dass der Regelvorgang vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen werden kann, d. h. die am Auge eintreffende Helligkeit ist stets konstant, dem Sollwert entsprechend, egal wie sich außen die Helligkeit ändert.The controller or the entire controlled system is so fast that the control process can no longer be perceived by the human eye, ie. H. the incoming brightness to the eye is always constant, according to the target value, no matter how outside the brightness changes.

Es handelt sich also um einen sogenannten Echtzeit-Regelkreis, bei dem im eingeschwungenen Zustand (richtige PID-Parametrierung) das sogenannte Delta (Regelabweichung) – also die Differenz zwischen Sollwert und Istwert – stets Null ist.It is therefore a so-called real-time control loop in which in the steady state (correct PID parameterization) the so-called delta (control deviation) - ie the difference between setpoint and actual value - is always zero.

Echtzeit-Regelkreis zur permanenten Dunkel-Adaption des AugesReal-time control circuit for permanent dark adaptation of the eye

Diese Art von Echtzeit-Regelkreisen, bei denen die Regelabweichung stets Null ist, sind zwar bekannt, wurden aber noch nie im Zusammenhang mit einer Sonnenbrille verwendet.While this type of real-time control loop, where the bias is always zero, is well known, it has never been used with sunglasses.

Diese Regelung funktioniert jedoch nur, wenn die Brille absolut lichtdicht bezüglich Licht von Außen ist – also vom Brillengehäuse her ähnlicher einer „Taucherbrille” oder „Skibrille” oder „eng anliegenden großen Brille mit breiten Seitenbügeln und Lichtschutz von oben und unten”.However, this rule only works if the glasses are absolutely light-tight with respect to light from the outside - ie from the eyewear similar to a "diving goggles" or "goggles" or "tight-fitting large glasses with wide side bars and light protection from above and below".

Es gibt derzeit keine solchen lichtdichten Sonnenbrillen mit Echtzeitregelkreis, mit denen man die menschliche Pupille mit Hilfe eines elektrischen Potentiometers oder ähnlichem Einstellers a) langsam öffnen und regelrecht „aufdrehen” kann, bis diese zu 75% über Normaldurchmesser bei Tageslicht geöffnet ist – und b) aufgrund der Echtzeitregelung konstant auf diesem Durchmesser belassen kann, so dass diese quasi „ruhig gestellt” wird, egal wie sich die Helligkeit draußen ändern mag.There are currently no such light-tight sunglasses with real-time loop, with which one can slowly open the human pupil with the help of an electric potentiometer or similar adjuster a) and literally "turn up" until it is 75% open over normal diameter in daylight - and b) due to the real-time control can remain constant on this diameter, so that it is quasi "quiet", no matter how the brightness may change outside.

Dies geschieht für jedes Auge getrennt, wenngleich in der Startroutine zunächst jedes Auge den gleichen Sollwert eingestellt bekommt, z. B. 100 Lux am Auge rechts (R) und links (L).This happens separately for each eye, although in the start routine each eye initially gets the same setpoint, e.g. B. 100 lux on the right eye (R) and left (L).

Veränderungen des SollwertsChanges in the setpoint

Diese Gleichschaltung (R = L) und Konstantschaltung (R = L = const.) der beiden Solltwerte ist jedoch nur zum besseren Verständnis und zum Start anzunehmen, da dies in der Regelungstechnik oftmals als ein Startszenario genommen wird.However, this DC connection (R = L) and constant circuit (R = L = const.) Of the two setpoints is to be assumed only for a better understanding and to start, since this is often taken as a starting scenario in control engineering.

In Wirklichkeit jedoch werden die Sollwerte R und L vergleichsweise langsam geändert (z. B. 2- bis 100-mal langsamer als die Regelung) und auch bewusst mit leichten Differenzen beaufschlagt, z. B. links 10% mehr Transparenz und rechts 10% weniger Transparenz. Die Gründe dafür werden nachfolgend erklärt.In reality, however, the setpoints R and L are changed relatively slowly (eg, 2 to 100 times slower than the control) and also deliberately subject to slight differences, e.g. For example, 10% more transparency on the left and 10% less transparency on the right. The reasons for this are explained below.

Variabler SollwertVariable setpoint

Mindestens ein Außensensor pro Auge (Außen L, s. OL in 1, Außen R, s. OR in 1) erfasst grob und vergleichsweise langsam (z. B. binnen 1–2 Sekunden) die Tageslichtsituation im zeitlichen Mittel und stellt fest, ob ein heller Tag, bedeckter Tag oder Innenraumsituation vorliegt.At least one outdoor sensor per eye (outside L, see OL in 1 , Outside R, s. OR in 1 ) records roughly and comparatively slowly (eg within 1-2 seconds) the daylight situation in the time average and determines whether there is a bright day, covered day or indoor situation.

Dies ist notwendig, weil der Dynamikumfang bezüglich der Beleuchtungsstärke tagsüber einen Bereich von 100 Lux bis 100.000 Lux umfasst, also etwa einen Faktor 10.000, eine einfache LC-Zelle aber gegebenenfalls nur einen Faktor 1000 bis 5000 umfasst (Kontrastverhältnis). This is necessary because the dynamic range in terms of illuminance during the day covers a range of 100 lux to 100,000 lux, ie about a factor 10,000, a simple LC cell but possibly only a factor 1000 to 5000 includes (contrast ratio).

Mit einem veränderlichen Sollwert, der vom Außensensor bestimmt wird (heller Tag, bedeckter Tag, ...), wird daher der „Arbeitspunkt” der IC-Zelle während einer Initialisierungsroutine beim Einschalten in den richtigen Bereich geschoben – z. B. an einem sehr hellen Tag von initial 100 Lux fix am Auge auf 300 Lux fix am Auge.Therefore, with a variable setpoint determined by the outdoor sensor (bright day, covered day, ...), the "working point" of the IC cell is shifted to the correct range during an initialization routine at power up - e.g. B. on a very bright day from initially 100 lux fix on the eye to 300 lux fix on the eye.

Zudem wird dieser vom Außensensor initiierte Setpoint immer auch dann schnell und dynamisch geändert, wenn der Regler am sogenannten „unteren oder oberen Anschlag” ist, also die Regelabweichung nicht mehr Null sein kann, weil die Regelgröße an der IC-Zelle bzw. die Transparenz (ganz offen) oder Transmission (ganz zu) einen nicht mehr steigerbaren Wert erreicht hat.In addition, this setpoint initiated by the outdoor sensor is always changed quickly and dynamically even when the controller is at the so-called "lower or upper stop", ie the control deviation can no longer be zero because the controlled variable at the IC cell or the transparency ( completely open) or transmission has reached (not too high) a value that can no longer be increased.

Dies sollte nicht regelmäßig der Fall sein, da es schon die Idee ist, das Auge permanent dunkeladaptiert zu halten; aber wenn sich Lichtsituationen insgesamt „global” verändern, kann unter Berücksichtigung von elektronisch hinterlegten Erfahrungswerten und Informationen von den Außensensoren und von den Innensensoren kurz vor Erreichen des sogenannten Regler-Anschlages in eine bestimmte Richtung (LC ganz zu oder ganz auf) der Setpoint so geändert werden, dass der Regler weiterhin im „Regelbetrieb” bleibt und diesen Anschlag nicht wirklich erreicht, d. h. sich im weitesten Sinne logarithmisch oder ähnlich nichtlinear verhält, aber aufgrund der erhöhten durchtretenden Helligkeit (z. B. beim direkten Blick in die Sonne) ein sanftes und kontrolliertes Schließen der Iris ermöglicht.This should not be the case regularly, as it is already the idea to keep the eye permanently dark-adapted; but when lighting situations change overall "globally", the set point can be changed in such a way (LC all the way to or completely open), taking account of electronically stored empirical values and information from the outside sensors and from the inside sensors shortly before reaching the so-called controller stop be that the controller remains in "normal operation" and does not really reach this stop, d. H. behaves logarithmically or similarly nonlinearly in the broadest sense, but allows a gentle and controlled closure of the iris due to the increased passing brightness (eg, when looking directly into the sun).

Variabler Sollwert zur Erweiterung des Dynamik-Umfangs des FlüssigkristallsVariable setpoint to increase the dynamic range of the liquid crystal

Immerhin soll die Iris des Auges, via Echtzeit-Regelkreis bzw. via absolut konstanter Helligkeit am Auge, nicht für alle Zeiten zur völligen Untätigkeit verdammt werden, sondern ihr Dynamikumfang mittels LC-Zelle expandiert und erweitert werden.After all, the iris of the eye, via real-time control loop or via absolutely constant brightness on the eye, should not be condemned for all time to complete inactivity, but their dynamic range by LC cell expanded and expanded.

Es ist jedoch anzumerken, dass diese „Nachregelung zur Erweiterung des Dynamikumfangs” nur in seltenen Ausnahmefällen der Fall sein sollte; im Normalbetrieb wird die Pupille auf einen festen, relativ dunklen Wert eingestellt (z. B. 75% über Normaldurchmesser), wie schon oben beschreiben, damit bei Eintritt in einen dunklen Raum das bereits dunkeladaptierte Auge sofort und unverzüglich binnen einer Millisekunde zur Verfügung steht.It should be noted, however, that this "dynamic range adjustment" should only be used in exceptional cases; During normal operation, the pupil is set to a fixed, relatively dark value (eg 75% above normal diameter), as already described above, so that the dark-adapted eye is immediately and immediately available within one millisecond when entering a dark room.

HDR-Sehen (HDR = high dynamic range, höherer Kontrastumfang)HDR viewing (HDR = high dynamic range, higher contrast range)

Zudem können die beiden Setpoints L und R definierte, aber leichte Differenzen aufweisen, z. B. 5% bis 30% mehr Transparenz links und auf der anderen Seite entsprechend umgekehrt, damit das Gehirn aus den beiden leicht unterschiedlichen Bildern in der Wahrnehmung unmerklich wieder ein Bild machen kann, aber mit etwas höherem Kontrastumfang (Dynamikbereich), was in der Fotographie als HDR-Fotographie bekannt ist (2 unterschiedlich belichtete Fotos werde ineinander kopiert).In addition, the two setpoints L and R can have defined, but slight differences, eg. B. 5% to 30% more transparency on the left and on the other side accordingly reversed, so that the brain from the two slightly different images in the perception can imperceptibly recapture, but with a slightly higher contrast range (dynamic range), which in the photograph as HDR photography is known (2 differently exposed photos are copied into each other).

Im vorliegenden Anspruch wird also „Echtzeit-HDR-Sehen” erfunden und definiert. Voraussetzung ist, dass der Kontrastunterschied nicht zu extrem wird, also „unmerklich” bleibt – weswegen oben von etwa 1% bis 60%, bevorzugt 5% bis 30% die Rede ist. Nicht ausgeschlossen werden auch höhere Werte > 30%, die aber dann zeitlich kürzer eingeblendet werden, jedenfalls derart, dass das Gehirn daraus ein neues Bild mit höherem Kontrastumfang unmerklich konstruieren kann.In the present claim, therefore, "real-time HDR vision" is invented and defined. The prerequisite is that the contrast difference is not too extreme, so "imperceptible" remains - which is why above from about 1% to 60%, preferably 5% to 30% is mentioned. Higher values> 30% are not excluded, but then appear shorter in time, at least in such a way that the brain can imperceptibly construct a new image with a higher contrast range.

Damit liegt diesem Anspruch auch zugrunde, dass mittels intelligenter Software-Algorithmen in die menschliche Wahrnehmung eingegriffen wird – was nachfolgend bei allen weitern Ansprüchen der Fall ist.This is also the basis for this claim that human perception is intervened by means of intelligent software algorithms - which is the case for all further claims below.

Berücksichtigung der physiologischen Funktionen des Chiasma opticum CConsideration of physiological functions of the optic chiasm C

Die höchste und komplexeste Form dieser Art von elektronischer Ansteuerung besteht in der Berücksichtigung der rechts-links kontralateralen Pupillenafferenz bei einer „Swinging-Flashlight-Test” (SWIFT) ähnlichen Beleuchtungs-Situation, die physiologisch über den überkreuzenden Links-Rechts-Nervensignalaustausch im Chiasma opticum des Gehirns erfolgt.The highest and most complex form of this type of electronic driving consists in the consideration of right-left contralateral pupillary refraction in a "swinging flash-light test" (SWIFT) -like illumination situation that is physiologically mediated by the crossing left-right nerve signal exchange in the optic chiasm of the brain.

Konkret bedeutet dies, dass bei exakt gleich eingestellten elektronischen Sollwerten für beide Augen (L = R = const.) beim gesunden Menschen ohne Asymmetrien in der kontralateralen Pupillenafferenz (wie z. B. beim relativen afferenten Pupillendefekt – RAPD) im Regelbetrieb KEINE neuronalen Reize/Informationen überkreuz ausgetauscht werden, da die Helligkeit auf beiden Augen stets konstant ist.Specifically, this means that in the case of normal people with no asymmetries in the contralateral pupillary affinity (such as the relative afferent pupil defect - RAPD) in normal operation, NO neuronal stimuli are produced for exactly the same set electronic values for both eyes (L = R = const.). Information is exchanged crosswise, since the brightness is always constant in both eyes.

Es gibt 3 Arten von Ausnutzung dieses Effektes:There are 3 types of exploitation of this effect:

  • 1) Ein erhöhtes Stellsignal (z. B. verstärkte Abdunkelung) auf einem Kanal (L oder R) bei jeweils identischen Setpoints (R = L = const.) signalisiert eine asymmetrische Beleuchtungssituation, z. B. übermäßig viel Außenlicht auf dem betreffenden Kanal.1) An increased control signal (eg increased darkening) on a channel (L or R) at identical setpoints (R = L = const.) Signals an asymmetrical lighting situation, eg. B. excessive outside light on the channel in question.

Der Mikrocontroller dieses Kanals teilt dem anderen Mikrocontroller oder der State-Machine des anderen Kanals das nahezu Erreichen oder Übersteuern des Kanals mit. Die unterbelichtete Seite kann dann aufmachen.

  • 2) Absichtliches Betreiben in dem HDR-Differenzmode kann dazu führen, dass der Kanal, der heller (transparenter) geschaltet wird, insbesondere wenn dieser versehentlich oder absichtlich zu schnell und zu umfänglich transparent geschaltet wird (delta t, delta T relativ hoch), eine kontralaterale Pupillenkontraktion auf dem anderen Kanal hervorruft.
The microcontroller of this channel tells the other microcontroller or the state machine of the other channel to almost reach or override the channel. The underexposed side can then open.
  • 2) Deliberate operation in the HDR differential mode may result in the channel being switched brighter (more transparent), especially if it is accidentally or intentionally switched too fast and too transparent (delta t, delta T relatively high) induces contralateral pupil contraction on the other canal.

Um diesen Effekt zu berücksichtigen (zu kompensieren = Gegenkopplung oder ggf. absichtlich zu verstärken = Mitkopplung), wird der andere Kanal in sanfter und geeigneter Weise so gesteuert, dass es einerseits zu einer verbesserten Sicht für das andere Auge kommt, aber so sanft, dass es NICHT zu einer erneuten kontralateralen Übertragung auf den initial beeinflussten Kanal (Ausgangspunkt) kommt – d. h. ein Aufschaukeln des Gesamtsystems bestehend aus beiden Pupillen und beiden softwaregesteuerten Kanälen wird abdämpfend verhindert, je nach a) Außenlichtsituation, b) Arbeitspunkten der beiden Regler und c) Transienten/Beleuchtungsänderungen auf den jeweiligen Kanälen (heller Tag, bewölkter Tag), Nähe zum Regleranschlag (ganz offen, ganz zu) und Differenz zwischen den Reglern.To take account of this effect (to compensate = negative feedback or possibly intentionally amplify = positive feedback), the other channel is gently and appropriately controlled so that on the one hand there is an improved view of the other eye, but so gentle that there is no renewed contralateral transmission to the initially affected channel (starting point) - d. H. Swinging of the entire system consisting of both pupils and two software-controlled channels is prevented, depending on a) external light situation, b) operating points of the two controllers and c) transients / lighting changes on the respective channels (bright day, cloudy day), proximity to the controller stop ( completely open, completely closed) and difference between the controls.

3) Medizinische und psycho-pathologische Indikationen:3) Medical and psycho-pathological indications:

  • 3a) Für Patienten mit einem relativen afferenten Pupillendefekt (RAPD) kann in der Software des Mikrocontrollers das rechts-links Pupillenverhaltensmuster des Patienten hinterlegt werden, so dass beim Betrieb innerhalb der beiden oben genannten Modi (1 und 2) deren Pupillenverhalten mit der jeweils korrekten LC-Transparenz derart berücksichtig wird, dass die wahrgenommene Helligkeit immer konstant ist oder bestimmten gewünschten Setpoints entspricht.3a) For patients with a relative afferent pupil defect (RAPD), the right-left pupil behavior pattern of the patient can be stored in the software of the microcontroller, so that when operating in the two above-mentioned modes (1 and 2) their pupil behavior with the correct LC Transparency is taken into account in such a way that the perceived brightness is always constant or corresponds to certain desired setpoints.
  • 3b) Für Patienten mit einem ärztlich verordneten rechts-links Sehtraining (nach Schlaganfall etc.) kann optional eine Seite permanent oder nach bestimmten zeitlichen Mustern wechselweise dunkler oder heller geschaltet werden.3b) For patients with a legally prescribed right-left vision training (after stroke, etc.), one side can be switched to either permanent or alternately darker or brighter according to certain temporal patterns.
  • 3c) Für Einsatzkräfte in Stresssituationen (z. B. Soldaten im Einsatz), die einen akut erhöhten Adrenalinpegel und somit generell geweitete Pupillen haben, kann die Software per Befehl (Taster) die Transmission entsprechend verringern (leicht abdunkeln), damit die visuelle Wahrnehmung bei Helligkeit angenehmer ist.3c) For emergency responders (eg soldiers in action) who have an acutely increased level of adrenaline and thus generally dilated pupils, the software can reduce (slightly darken) the transmission by command (button), thus enhancing visual perception Brightness is more pleasant.

Positionierung der FotosensorenPositioning the photo sensors

Der Fotosensor hat einen gewissen Abstand (typischerweise 1–3 mm) zur IC-Zelle, so dass aufgrund seines Öffnungswinkels die effektiv betrachtete LC-Fläche größer ist, als die Chipfläche. Dies führt zu einer besseren Mittelung der Helligkeit und einer genaueren/stabileren Messung im Falle von punktueller IC-Domainbildung, oder im Falle von punktueller Verschmutzung auf der Gegenseite der LC-Zelle.The photosensor has a certain distance (typically 1-3 mm) to the IC cell, so that due to its opening angle, the effectively considered LC area is larger than the chip area. This leads to a better averaging of the brightness and a more accurate / stable measurement in the case of selective IC domain formation, or in the case of punctual contamination on the opposite side of the LC cell.

Aus Sicherheitsgründen und aus thermischen Gründen wird ohnehin ein äußeres Brillen-Schutzglas, welches auch das Design und Antlitz der Brille ausmacht, in einem Abstand von 1–3 mm vor der LC-Zelle angebracht, so dass solche punktuellen Verschmutzungen (kleine Fliegen, Staubkörner, etc.) keinen Einfluss auf das LC und schon gar keinen Einfluss auf den Fotosensor mehr haben. (siehe Skizze).For safety reasons and for thermal reasons anyway an outer eyeglass protective glass, which also makes up the design and face of the glasses, placed at a distance of 1-3 mm in front of the LC cell, so that such punctual contamination (small flies, dust grains, etc.) have no influence on the LC and certainly have no influence on the photosensor. (see sketch).

Sicherheitsprüfung parallel zur RegelungSafety check parallel to the control

Zudem sind alle innenliegenden Fotozellen mindestens doppelt oder gar dreifach ausgelegt – aber nicht nur zur Berechnung der mittleren Helligkeit im wahrscheinlichsten Ortsmittel der Pupille (Geradeaussicht, wie oben bei „Triangulation/Pythagoras” beschrieben), sondern auch aus Sicherheitsgründen, indem mittels „rein logischem Vergleich” (z. B. 2 Sensoren zeigen ähnliche Helligkeit und nur einer zeigt gar keine Helligkeit) die Software ggf. einen bestimmten Fotosensor im Falle von dessen Verschmutzung oder Defekt einfach ignoriert und nur noch die beiden funktionieren Fotosensoren berücksichtigt.In addition, all internal photocells are designed at least twice or even triple - but not only to calculate the average brightness in the most probable location means of the pupil (straight ahead, as described above in "Triangulation / Pythagoras"), but also for security reasons by using "purely logical comparison "(For example, 2 sensors show similar brightness and only one shows no brightness) the software may simply ignore a particular photo sensor in case of its contamination or defect and only the two functioning photosensors are considered.

D. h. die Software besteht nicht nur aus permanent berechnenden Regler-Komponenten, sondern auch aus rein logischen Sicherheitsroutinen (separate State-Machines), die ständig parallel zum Regeln die Funktion der Brille sicherstellen – also nicht nur im Rahmen einer Initialisierungsroutine beim Einschalten, sondern tatsächlich auch während des Regelbetriebs.Ie. The software consists not only of permanently calculating controller components, but also of purely logical safety routines (separate state machines), which constantly ensure the function of the glasses in parallel to the rules - not only as part of an initialization routine at power up, but actually during of normal operation.

In diesem Zusammenhang sei noch angemerkt, dass die fehlerunanfälligsten Brillen dieser Art (für automotive Anwendungen) entsprechend der ASIL NORM zugelassene Dual- oder Tri-Core-Prozessoren beinhalten, die sowohl Hardware als auch Software auf Fehler prüfen.In this context, it should be noted that the most error-prone glasses of this type (for automotive applications) include ASIL NORM approved dual or tri-core processors that test both hardware and software for errors.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.Further details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments in conjunction with the subclaims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The possibilities to solve the problem are not limited to the embodiments. So include For example, range information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigt:An embodiment is shown schematically in the figure. In detail shows:

1 eine schematische Darstellung in einer Schnitt-Aufsicht der elektronischen Brille. 1 a schematic representation in a sectional plan view of the electronic glasses.

Im Folgenden wird teilweise auf 1 Bezug genommen. Alles Nachfolgende gilt immer für 1 Auge (rechts oder links, auch „ein Kanal” genannt). Ein Kanal besteht aus mindestens einer LC-Zelle (oder mehrerer hintereinander geschalteter LC-Zellen – sogenanntes „stacking” – typischerweise aber 2 Zellen in Reihe) welche je nach Anwendung geeignetes, schnelles und kontrastreiches LC-Material (TN, STN, Fe-LC) beinhaltet.The following is partial to 1 Referenced. Everything below is always valid for 1 eye (right or left, also called "a channel"). A channel consists of at least one LC cell (or several cells connected in series - so-called "stacking" - but typically 2 cells in series) which depending on the application suitable, fast and high-contrast LC material (TN, STN, Fe-LC ) includes.

Die vom menschlichen Körper entferntere Zelle wird als „distal” bezeichnet, die am Auge befindliche als „proximal”.The cell, which is more distant from the human body, is referred to as "distal," and that on the eye as "proximal."

Hinter der proximalen Zelle befinden sich in einem gewissen Abstand (typ. 1–3 mm) ein bis drei komplexe Fotosensoren IL1, IR1, die in Blickrichtung den Lichteinfall durch die LC-Zelle LC 1L, LC 2L, LC 1R, LC 2R aufnehmen, gleichsam wie das menschliche Auge, wobei ein einzelner Fotosensor wiederum aus mindestens 3 Sensoren besteht, die ein orthogonales x-y-z-Koordinatensystem aufspannen – wobei der Vektor (1, 1, 1) in Blickrichtung zeigt.One to three complex photosensors IL1, IR1 are located behind the proximal cell at a certain distance (typ. 1-3 mm) and record the light incidence through the LC cell LC 1L, LC 2L, LC 1R, LC 2R in the viewing direction. like the human eye, with a single photosensor again consisting of at least 3 sensors spanning an orthogonal xyz coordinate system - the vector (1, 1, 1) pointing in the direction of view.

Alternativ zu dem x-y-z-Fotosensor ist es möglich, einen Fotosensor-Array zu verwenden, welcher ähnlich einem Facettenauge (auch Fliegenauge oder oculu compositi genannt) über deutlich mehr als nur 3 orthogonale Kanäle verfügt.As an alternative to the x-y-z photosensor, it is possible to use a photosensor array which, like a compound eye (also called fly eye or oculu compositi), has significantly more than just 3 orthogonal channels.

Jeder Kanal kann die Helligkeit in einem großen Dynamikbereich messen, so dass dem Mikroprozessor ein „grobes Bild” übermittelt wird.Each channel can measure the brightness in a large dynamic range so that a "rough image" is transmitted to the microprocessor.

Alternativ zu einem solchen „groben Bild” ist auch ein mit optischen Linsen abbildendes System, auch Kamera genannt, mit deutlichen höheren Auflösungen vorgesehen – z. B. eine 5-MPix-Kamera bei gleicher Miniaturbaugröße, die wenige Quadratmillimeter nicht überschreitet, ähnlich wie sie bereits in Smartphones und Notebooks eingesetzt werden. Das von solch einer Kamera an den Prozessor übermittelte Bild ist feiner aufgelöst: der Dynamikumfang und die Linearität zur Messung der Helligkeit wird durch den Einsatz hochdynamischer Chipmaterialien sichergestellt, ähnlich wie in der analytischen medizinischen Fotographie.As an alternative to such a "coarse image" is also a system with optical lenses imaging system, also called camera, provided with significantly higher resolutions - z. For example, a 5 MPix camera with the same miniature size, which does not exceed a few square millimeters, similar to those already used in smartphones and notebooks. The image transmitted to the processor from such a camera is finer in resolution: the dynamic range and linearity for measuring brightness are ensured by the use of highly dynamic chip materials, similar to analytical medical photography.

Aus reinen Sicherheitsgründen werden pro Auge E(L), E(R) (Kanal) mindestens 3 solcher komplexer Fotosensoren verwendet (x-y-z oder Facetten oder Kamera).For the sake of security only, at least 3 such complex photo sensors are used per eye E (L), E (R) (channel) (x-y-z or facets or camera).

Wellenlängenneutral – bei Tag und bei Nacht.Wavelength neutral - by day and by night.

Alle oben genannten Fotosensoren können physikalisch ausgestaltet sein als Photodioden, Phototransistoren, Photozellen, usw. Jedenfalls ist allen gemeinsam, dass diese farbneutral reagieren, indem sie die Farbempfindlichkeitskurve des Auges, die sogenannte V-Lambda-Funktion nach DIN 5031, mit einrechnen.All the above-mentioned photosensors may be physically designed as photodiodes, phototransistors, photocells, etc. In any case, all have in common that they react color neutral by taking into account the color sensitivity curve of the eye, the so-called V-lambda function according to DIN 5031.

Derartige Fotozellen werden beispielsweise in der Fotographie zur farbneutralen Belichtungsmessung eingesetzt – die einige wenige Hersteller anbieten.Such photocells are used for example in photography for color-neutral exposure measurement - which offer a few manufacturers.

Per Software kann, je nach Umgebungshelligkeit – gemessen durch einen Außensensor OL, OR, oder abgeleitet aus Stellgröße und Sollwert des Reglers MC – bei hauptsächlicher Dunkelheit ein Look-Up-Table (LUT) in den Rechenalgorithmus einbezogen werden, der die V'-Werte für Nachtsicht beinhaltet und einberechnet, so dass der sogenannte Purkinje-Effekt (die erhöhte Blauempfindlichkeit bei Nacht) berücksichtigt wird.Depending on the ambient brightness - measured by an external sensor OL, OR, or derived from the manipulated variable and setpoint of the controller MC - a look-up table (LUT) can be included in the computation algorithm, which measures the V 'values, at main darkness includes and accounts for night vision so that the so-called Purkinje effect (the increased blue sensitivity at night) is taken into account.

Berücksichtigung der individuellen und altersabhängigen Blendempfindlichkeit Es gibt empirische Studien zur Blendempfindlichkeit von Menschen, insbesondere winkelabhängig und altersabhängig [Adrian and Bhanji 1991 – Illumination Engineering Society of North America]Consideration of individual and age-dependent glare sensitivity There are empirical studies on the glare sensitivity of humans, in particular angle-dependent and age-dependent [Adrian and Bhanji 1991 - Illumination Engineering Society of North America]

Freiform LinseFreeform lens

Vorgeschlagen wird die physikalisch-mechanische Umsetzung der o. g. Formel in eine entsprechende Freiform-Linse aus transparentem Material (Glas, Kunststoff, Flüssigkeit, etc.), die die Augenempfindlichkeitsformel in konkrete Physik derart umsetzt, dass man diese, vor einem Fotosensor angebracht, zur richtungsempfindlichen Messung von Helligkeit einsetzen kann, so wie es auch das menschliche Auge macht.Proposed is the physical-mechanical implementation of o. G. Formula in a corresponding free-form lens made of transparent material (glass, plastic, liquid, etc.), which translates the eye sensitivity formula into concrete physics so that you can use this, attached to a photosensor, for direction-sensitive measurement of brightness, as it also makes the human eye.

Mit anderen Worten wird ein „künstliches Auge” kreiert, welches sich über den Einfallswinkel ebenso blendungsempfindlich zeigt wie ein menschliches Auge.In other words, an "artificial eye" is created, which is as sensitive to glare as a human eye via the angle of incidence.

Die Annäherung an ein „künstliches Auge” wird also nunmehr durch 2 Faktoren unterstützt:

  • 1) Berücksichtigung der V-Lambda-Funktion und V'-Lambda-Funktion (Purkinje-Effekt bei Nacht)
  • 2) Berücksichtigung der winkelabhängigen Blendungsempfindlichkeit.
The approach to an "artificial eye" is now supported by two factors:
  • 1) Consideration of the V-lambda function and V'-lambda function (Purkinje effect at night)
  • 2) Consider the angle-dependent glare sensitivity.

FREIFORM-KANAL FREE-FORM CHANNEL

Anstelle dieser Linse kann vereinfachend auch ein entsprechend per Freiformberechnung geformter schwarzer Kanal verwendet werden (im Wesentlichen eine Bohrung), an dessen Ende sich besagte Fotozelle befindet, so dass diese Fotozelle einen Öffnungswinkel erhält, der der Empfindlichkeit des menschlichen Auges entspricht.Instead of this lens, a black channel shaped correspondingly by free-form calculation can also be used for simplicity (essentially a bore), at the end of which said photocell is located, so that this photocell obtains an aperture angle which corresponds to the sensitivity of the human eye.

SOFTWARE MIT CAMERASOFTWARE WITH CAMERA

Anstelle einer Freiform-Linse und anstelle eines Freiform-Kanals (siehe oben) kann Idealerweise die Formel zur Blendungsempfindlichkeit rein als Algorithmus in die Software implementiert werden, die auch das hochauflösende/hochdynamische Bild der Kamera empfängt, da in einem Kamera-Bild auch die Richtungsinformation und Helligkeit pro Pixel enthalten ist.Instead of a free-form lens and instead of a free-form channel (see above), the formula for glare sensitivity can ideally be implemented purely as an algorithm in the software, which also receives the high-resolution / high-dynamic image of the camera, since in a camera image, the direction information and brightness per pixel is included.

Das Kamera-Bild kann dann mit individuellen (altersabhängigen) Bewertungsformeln gewichtet werden, zumal man sein persönliches Alter oder sonstige individuelle Präferenzen oder ärztliche Indikationen/Empfehlungen bezüglich Blendungsempfindlichkeit über eine beliebige Mensch-Maschine-Schnittstelle (Tasten an der Brille, USB-PC-Software-Schnittstelle, Smartphone-App via (Bluetooth)-Funk) eingeben kann – sei es dauerhaft gespeichert oder je nach Anwendung und Nutzer unterschiedlich (Abrufbare Profile: Sportart- und/oder Nutzerprofile)The camera image can then be weighted with individual (age-dependent) weighting formulas, especially as one's personal age or other individual preferences or medical indications / recommendations for glare sensitivity via any man-machine interface (touch on glasses, USB PC software Interface, smartphone app via (Bluetooth) radio) - be it permanently stored or different depending on the application and user (available profiles: sport and / or user profiles)

Eyetracker einfacher Art ET(L), ET(R)Eyetracker simple type ET (L), ET (R)

In Analogie zu den oben genannten Fotosensoren oder Kameratypen, die ein menschliches Auge simulieren, wird im inneren der Brille, an ungefähr der exakt gleichen Stelle, an der sich dieser Sensor befindet, ein zweiter Sensor platziert, aber genau in umgekehrter Richtung, also zum Auge hin gewandt, das Auge beobachtend.By analogy with the above-mentioned photosensors or camera types that simulate a human eye, a second sensor is placed inside the glasses, at approximately the exact same location where this sensor is located, but exactly in the opposite direction, ie to the eye turned around, watching the eye.

Idealerweise kann dieser Sensor also auf der Rückseite des vorgenannten Sensors sein, oder leicht versetzt daneben, je nach räumlicher Gestaltung.Ideally, this sensor can thus be on the back of the aforementioned sensor, or slightly offset next to it, depending on the spatial design.

Jedenfalls beobachtet dieser Sensor das menschliche Auge, und in Analogie zu den oben genannten Sensortypen (Fotozelle mit Linse oder in Bohrung oder kombiniert, Facettenauge mit vielen Fotozellen, oder als abbildende Kamera) können diverse Arten von Sensoren eingesetzt werden, angefangen von relativ einfachen und kostengünstigen Fotosensoren oder Facettensensoren bis hin zu höher auflösenden abbildenden Kamerasystemen.In any case, this sensor observes the human eye, and in analogy to the above sensor types (photocell with lens or in bore or combined, compound eye with many photocells, or as imaging camera) various types of sensors can be used, starting from relatively simple and inexpensive Photo sensors or facet sensors to higher-resolution imaging camera systems.

Im einfachsten Fall wird die Blickrichtung nur grob erfasst. Insbesondere die Zinks-rechts-Bewegung des Auges lässt sich sogar am weißen Teil des Auges (Lederhaut), insbesondere bei jüngeren Menschen mit weiten Augen, einfach detektieren, indem eine codierte Infrarot-Lichtschranke eingesetzt wird.In the simplest case, the viewing direction is only roughly captured. In particular, the zinc right movement of the eye can be detected even on the white part of the eye (dermis), especially in younger people with wide eyes, by using a coded infrared light barrier.

Infrarotlicht wird nicht vom Auge wahrgenommen, aber vom Auge unterschiedlich reflektiert, je nach Blickrichtung. Die Codierung der IR-Quelle ist notwendig, damit es nicht zur Verwechslung mit anderen Lichtquellen und Reflexionen auf der Empfängerseite kommt.Infrared light is not perceived by the eye, but reflected differently by the eye, depending on the viewing direction. The coding of the IR source is necessary so that it is not confused with other light sources and reflections on the receiver side.

Die Codierung muss nicht einem (geheimen) Schlüssel folgen, sondern kann im einfachsten Fall zyklisch sein, z. B. 10 kHz Rechteck mit bekannter Frequenz und Phasenlage. Aus der Frequenz, aber insbesondere der Phasenlage, kann ein Phase-Sensitive Detektor (PSD), auch Boxcar-Amplifier genannt, nach Tiefpass-Integration über ca. 10 Zyklen, also mit immerhin 1 kHz eine sehr genaue Amplitudenmessung bezüglich des Sendersignals machen, selbst dann wenn dieses „tief verborgen” im Rauschen anderer IR-Signale ist.The coding does not have to follow a (secret) key, but in the simplest case can be cyclic, e.g. B. 10 kHz rectangle with known frequency and phase angle. From the frequency, but especially the phase position, a phase-sensitive detector (PSD), also called boxcar amplifier, after low-pass integration over about 10 cycles, so with at least 1 kHz make a very accurate amplitude measurement with respect to the transmitter signal, even then if this is "deeply hidden" in the noise of other IR signals.

Dies ist nur ein Beispiel für einen einfachen Eyetracker. Man kann auch die Pupillenstellung mit einem sehr ähnlichen Verfahren ermitteln – ebenfalls in Reflexion, aber dann bezüglich der Absorption in der Pupille (quasi schwarzes Loch) – anstelle der Reflexion an der weissen Lederhaut.This is just one example of a simple eye tracker. You can also determine the pupil position with a very similar method - also in reflection, but then with respect to the absorption in the pupil (quasi black hole) - instead of the reflection on the white dermis.

Da Reflexions-Lichtschranken sehr kostengünstig sind, können durchaus sowohl innen am Auge (Nasennähe) als auch außen am Auge (Schläfennähe) solche Sensoren angebracht werden, ggf. auch noch mittig unter dem Auge (Blick nach oben/unten erfassend) – also durchaus 2 bis 3 Sensoren.Since photoelectric retro-reflective sensors are very cost-effective, such sensors can be mounted both on the inside of the eye (near the nose) and on the outside of the eye (near the bedroom), possibly even in the center of the eye (looking up / down) - that is quite 2 up to 3 sensors.

Mehrere solcher Sensoren erhöhen die Messgenauigkeit bezüglich der Blickrichtung. Idealerweise wird jedoch ein Eyetracker verwendet, der eine winzige hochauflösende abbildende Kamera verwendet, ähnlich wie in Smartphones oder Notebooks verwendet, die auch nicht größer ist als wenige Quadratmillimeter.Several such sensors increase the measuring accuracy with respect to the viewing direction. Ideally, however, an eyetracker is used that uses a tiny high-resolution imaging camera similar to that used in smartphones or notebooks no larger than a few square millimeters.

Diese Kamera erfasst die Pupillenstellung bezüglich Blickrichtung und somit aller Winkel.This camera detects the pupil position with respect to the viewing direction and thus all angles.

KORRELATIONSBERECHNUNG aus Fotosensoren und EyetrackerCORRELATION CALCULATION from photosensors and eyetrackers

In diesem Anspruch werden nun die Richtungs- und Helligkeitsinformationen der Fotozellen/Kamera mit der Blickrichtung per Software mathematisch korreliert.In this claim, the direction and brightness information of the photocells / camera are now mathematically correlated with the viewing direction by software.

Korreliert bedeutet zum Beispiel, dass zunächst die Blickrichtung (Winkelkoordinaten) als Ausgangsgröße genommen wird, dann wird zeitgleich (in Echtzeit) die einfallende Helligkeit unter exakt dem gleichen Winkel mit der Kamera, die durch die IC-Zelle schaut, gemessen und konstant geregelt.Correlated means, for example, that first the viewing direction (angular coordinates) is taken as the output, then at the same time (in real time) the incident brightness is measured and controlled at exactly the same angle with the camera looking through the IC cell.

Da es sich um einen Echtzeit-PID-Regelkreis handelt, bei dem die die Regelabweichung stets Null ist, wird die Helligkeit in Blickrichtung immer und stets konstant sein – nämlich dem eingestellten Setpoint (= Sollwert) entsprechend.Since this is a real-time PID control loop in which the control deviation is always zero, the brightness in the viewing direction will always be constant and always constant - namely according to the setpoint set (= setpoint value).

Wenn diese Regelung sehr exakt funktioniert, was unter Einsatz von Hochtechnologie möglich wäre, würde die Pupille auf der Hauptachse niemals einen Helligkeitsunterschied erfahren.If this control worked very precisely, which would be possible using high technology, the pupil on the major axis would never experience a brightness difference.

Dies könnte zu Artefakten in der Wahrnehmung führen, so dass die Software absichtlich etwas verlangsamt bzw. in leichten Winkelabstufungen die Helligkeit nachregelt – z. B. wird erst, wenn der Anwender wirklich genau in die Blendquelle ganz links außen (z. B. Autogegenverkehr) schaut, sofort auf konstante Helligkeit geregelt, ansonsten wird, wenn sich die Pupille nur in geringem Maße in der Mitte hin und her bewegt, aus der kein Gegen-Blendlicht rührt, nur auf diese Helligkeit konstant geregelt.This could lead to artifacts in the perception, so that the software deliberately slows down a bit or readjust the brightness in slight angled increments - eg. For example, only when the user really looks closely into the left-most blind source (eg, auto-reverse) will it be instantly controlled for constant brightness, otherwise, if the pupil moves only slightly in the middle, from which no counter-glare light moves, only to this brightness constantly regulated.

Mit anderen Worten, die oben besagte individuelle und altersabhängige Blendempfindlichkeitsfunktion, die in der Software hinterlegt ist, wird wie eine Schablone (z. B. multiplikative Gewichtung) über das Signal der Empfangskamera gelegt, die nach vorne schaut – und obwohl sich diese Kamera NICHT wie ein Augapfel bewegt, sondern eben starr geradeaus montiert ist, wird „quasi inwendig”, aufgrund des Eyetracker-Signals, diese Schablone in diesem künstlichen Auge gemäß der Augapfel-Bewegung mitverschoben!In other words, the above-mentioned individual and age-dependent glare sensitivity function stored in the software is placed over the signal of the receiving camera looking forward - like a template (eg, multiplicative weighting) - and although this camera is NOT like an eyeball is moved, but just rigidly mounted straight, is "quasi-inside", due to the eye tracker signal, this template in this artificial eye mitverschoben according to the eyeball movement!

Damit ist praktisch ein künstliches Auge geschaffen, welches die individuelle blickwinkelabhängige Blendempfindlichkeit inkorporiert und dem Echtzeit-PID-Regelkreis als Führungsgröße (auch „Istwert” genannt) dient.This practically creates an artificial eye which incorporates the individual viewing angle-dependent glare sensitivity and serves as the reference variable (also called "actual value") for the real-time PID control loop.

Es ist dem Programmierer und Anwender überlassen, die Algorithmen sanfter oder stärker auszuprägen, je nach Sportart, Anwendung usw.It is up to the programmer and user to make the algorithms smoother or stronger, depending on the sport, application, etc.

Puls-Shaping bei den LC-ZellenPulse shaping in LC cells

  • Typ 1: Bei beiden IC-Zellen kann es sich um Zellen handeln, die im spannungslosen Zustand jeweils transparent sind, um im Falle eines System- oder Spannungsausfalls in jedem Falle die normale Sicht zu ermöglichen.Type 1: Both IC cells can be cells that are transparent in a de-energized state to ensure normal visibility in the event of a system or power failure.
  • Typ 2: Für Hochsicherheitsanwendungen, bei denen von einer permanenten Blendungsgefahr im Arbeitsbereich auszugehen ist (LASER-Labor, Lichtbogenschweißen, etc.), können LC-Zellen eingesetzt werden, die genau umgekehrt arbeiten, d. h. die im spannungslosen Zustand komplett dunkel geschaltet sind, und nur durch Drücken eines Sicherheitsschalters oder dergleichen in Richtung transparent freigegeben werden.Type 2: For high-security applications where there is a permanent risk of glare in the work area (LASER laboratory, arc welding, etc.) LC cells can be used, which work the other way around; H. which are switched completely dark in the dead state, and are released transparent only by pressing a safety switch or the like.
  • Typ 3: Die dritte Möglichkeit besteht aus einer Mischung von Typ-1- und Typ-2-Zellen, also einer im spannungslosen Zustand durchlässigen und einer geschlossenen Zelle. Diese Anordnung kann dazu genutzt werden, die Flankensteilheit bei der aufsteigenden UND der fallenden Flanke eines optischen Pulses zu verbessern, im Sinne von Transparentschaltung für einen Bruchteil einer Sekunde in Form eines Rechteckpulses auf der Zeitachse (Rechteck mit hoher Flankensteilheit auf dem optisch messenden Oszilloskop-Bild).Type 3: The third possibility consists of a mixture of type 1 and type 2 cells, ie a cell that is permeable in a de-energized state and a closed cell. This arrangement can be used to improve the edge steepness in the rising AND falling edge of an optical pulse, in the sense of transparent switching for a fraction of a second in the form of a rectangular pulse on the time axis (high-slope rectangle on the optically measuring oscilloscope image ).

Der Vorteil besteht in geringerem Übersprechen und sonstigen kontrastvermindernden Artefakten (Crosstalk) in Synchron-Anwendungen mit einer Eigenlichtquelle oder mehreren Teilnehmern.The advantage is lower crosstalk and other contrast-reducing artifacts (crosstalk) in synchronous applications with one or more subscribers.

zitierte Literaturquoted literature

zitierte Patentliteraturcited patent literature

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Claims (16)

Brille für einen Träger mit mindestens einem Auge, mit 1.1 einem Brillengestell (F); 1.2 mindestens einem Brillenglas; 1.2.1 wobei das mindestens eine Brillenglas eine Flüssigkristallzelle (LC) aufweist, deren Transmission durch eine Ansteuerung veränderbar ist; 1.3 einem Sensor (IL, IR) zum Messen der Helligkeit des auf ihn treffenden sichtbaren Lichts; 1.3.1 wobei der Sensor augenseitig des Brillenglases angeordnet ist; 1.3.2 wobei der Sensor die Helligkeit durch das mindestens eine Brillenglas in Blickrichtung des Brillenträgers misst; 1.4 einem geschlossenen Regelkreis (MC, LC, IL, IR); 1.4.1 wobei es einen vorgegebenen Sollwert für den Regelkreis gibt, der die Helligkeit am Auge des Brillenträgers festlegt; 1.4.2 wobei der Regelkreis als Istwert die vom Sensor gemessene Helligkeit heranzieht; 1.5 einem Eye-Tracker (ET), der die Blickrichtung des Auges bestimmt; 1.6 wobei der Helligkeits-Sensor (IL, IR) 1.6.1 ein abbildendes System mit einer Kamera oder 1.6.2 mindestens 3 Sensoren, die ein Koordinatensystem aufspannen, oder 1.6.3 ein Facettenauge aufweist; 1.7 wobei der Helligkeits-Sensor die Helligkeit des aus der Blickrichtung des Auges auf ihn treffenden sichtbaren Lichts bestimmt; und 1.8 wobei die Helligkeitsregelung derart ausgebildet ist, dass sie abhängig von der Helligkeit in Blickrichtung des Brillenträgers erfolgt.Spectacles for a wearer with at least one eye, with 1.1 a spectacle frame (F); 1.2 at least one spectacle lens; 1.2.1 wherein the at least one spectacle lens has a liquid crystal cell (LC) whose transmission can be changed by a control; 1.3 a sensor (IL, IR) for measuring the brightness of the incident light on it; 1.3.1 wherein the sensor is arranged on the eye side of the spectacle lens; 1.3.2 wherein the sensor measures the brightness through the at least one spectacle lens in the direction of the spectacle wearer; 1.4 a closed loop (MC, LC, IL, IR); 1.4.1 where there is a predetermined target value for the control loop that determines the brightness on the eye of the wearer; 1.4.2 where the control loop uses as actual value the brightness measured by the sensor; 1.5 an eye tracker (ET), which determines the viewing direction of the eye; 1.6 wherein the brightness sensor (IL, IR) 1.6.1 has an imaging system with a camera or 1.6.2 at least 3 sensors that span a coordinate system, or 1.6.3 a compound eye; 1.7 wherein the brightness sensor determines the brightness of the visible light striking it from the viewing direction of the eye; and 1.8 wherein the brightness control is designed such that it takes place depending on the brightness in the direction of the spectacle wearer. Brille nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallzelle (LC) derart ausgebildet ist, dass sie ihre Transmission von 90% auf 10% und von 10% auf 90% in maximal 10 ms ändern kann.Spectacles according to the preceding claim, characterized in that the liquid crystal cell (LC) is designed such that it can change its transmission from 90% to 10% and from 10% to 90% in a maximum of 10 ms. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brillengestell das mindestens eine Auge des Brillenträgers lichtdicht gegenüber dem Umgebungslicht abdichtet.Spectacles according to one of the preceding claims, characterized in that the spectacle frame seals the at least one eye of the spectacle wearer in a light-tight manner with respect to the ambient light. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Regelkreises eine Helligkeit am Auge von 20 bis 400 Ix vorgibt.Spectacles according to one of the preceding claims, characterized in that the target value of the control loop predetermines an eye brightness of 20 to 400 lx. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit des Umgebungslichts aus dem Sollwert und einem Stellsignal des Regelkreises erschlossen wird.Spectacles according to one of the preceding claims, characterized in that the brightness of the ambient light is derived from the desired value and a control signal of the control loop. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen weiteren Helligkeits-Sensor (OL, OR), der auf der vom Auge abgewandten Seite der Brille angeordnet ist und die Helligkeit des Umgebungslichts bestimmt.Spectacles according to one of the preceding claims, characterized by at least one further brightness sensor (OL, OR), which is arranged on the side of the spectacles facing away from the eye and determines the brightness of the ambient light. Brille nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, 7.1 wobei der Sollwert des Regelkreises abhängig von der Helligkeit des Umgebungslichts verändert werden kann; und 7.2 wobei die Veränderung des Sollwerts um mindestens einen Faktor 10 langsamer ist als die Regelung der Transmission der Flüssigkristallzelle.Spectacles according to one of the two preceding claims, 7.1 wherein the setpoint of the control loop can be changed depending on the brightness of the ambient light; and 7.2 wherein the change of the setpoint is at least a factor of 10 slower than the regulation of the transmission of the liquid crystal cell. Brille nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, 8.1 dass die Veränderung des Sollwerts in vorgegebenen Stufen erfolgt; 8.2 wobei die stufenweise Veränderung des Sollwerts um mindestens einen Faktor 100 langsamer ist als die Regelung der Transmission der Flüssigkristallzelle und 8.3 in ihrem Verlauf eine Hysterese aufweist.Spectacles according to the preceding claim, characterized in that: 8.1 the change in the desired value takes place in predefined stages; 8.2 wherein the stepwise change of the setpoint by at least a factor of 100 is slower than the regulation of the transmission of the liquid crystal cell and 8.3 has a hysteresis in its course. Brille nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung derart ausgebildet ist, dass sie auf extreme Helligkeitswerte momentan reagiert.Spectacles according to the preceding claim, characterized in that the control is designed such that it reacts instantaneously to extreme brightness values. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 10.1 zwei Brillengläser für zwei Augen eines Brillenträgers; 10.2 zwei augenseitige Sensoren zum Messen der Helligkeit des auf das jeweilige Auge treffenden sichtbaren Lichts; und durch 10.3 je einen Regelkreis für jedes Auge.Spectacles according to one of the preceding claims, marked by 10.1 two spectacle lenses for two eyes of a spectacle wearer; 10.2 two eye-side sensors for measuring the brightness of the visible light striking the respective eye; and through 10.3 one loop for each eye. Brille nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte für die beiden Augen 1% bis 60% voneinander abweichen.Spectacles according to the preceding claim, characterized in that the nominal values for the two eyes differ from one another by 1% to 60%. Brille nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung der Helligkeit des auf ein Auge treffenden sichtbaren Lichts die Regelung der Helligkeit für das andere Auge berücksichtigt wird.Spectacles according to claim 10, characterized in that the regulation of the brightness for the other eye is taken into account in the regulation of the brightness of the visible light striking an eye. Brille nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 13.1 Lichtquellen, die an der vom Auge abgewandten Seite der Brille angeordnet sind; 13.2 wobei die Lichtquellen abhängig von der Blickrichtung des Brillenträgers gesteuert werden.Spectacles according to claim 1, marked by 13.1 light sources, which are arranged on the side facing away from the eye of the glasses; 13.2 wherein the light sources are controlled depending on the viewing direction of the wearer. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Sensoren und/oder Sollwerte der Regelkreise und/oder die davon abgeleitete Helligkeit der Umgebung mit einem Geokoordinaten-Signal eines Geokoordinaten-Empfängers verbunden und aufgezeichnet werden.Spectacles according to one of the preceding claims, characterized in that the measured values of the sensors and / or setpoint values of the control circuits and / or the brightness of the surroundings derived therefrom are connected to a geo-coordinate signal of a geographic-coordinate receiver and recorded. Brille nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 15.1 dass das mindestens eine Brillenglas eine weitere Flüssigkristallzelle aufweist, deren Transmission durch eine geeignete Ansteuerung veränderbar ist, 15.2 wobei die weitere Flüssigkristallzelle in Blickrichtung hinter oder vor der Flüssigkristallzelle angeordnet ist.Spectacles according to one of the preceding claims, characterized in that: 15.1 the at least one spectacle lens has a further liquid crystal cell whose transmission can be changed by a suitable control, wherein the further liquid crystal cell is arranged in the viewing direction behind or in front of the liquid crystal cell. Verfahren zum Regeln der Helligkeit des auf mindestens ein Auge treffenden sichtbaren Lichts, mit folgenden Schritten: eine Brille wird für einen Träger mit dem mindestens einen Auge zur Verfügung gestellt, wobei die Brille folgendes aufweist: 16.1 ein Brillengestell; 16.2 mindestens ein Brillenglas; 16.2.1 wobei das mindestens eine Brillenglas eine Flüssigkristallzelle (LC) aufweist, deren Transmission durch eine geeignete Ansteuerung veränderbar ist; 16.3 einen Sensor (IL, IR) zum Messen der Helligkeit des auf den Sensor treffenden sichtbaren Lichts; 16.3.1 wobei der Sensor augenseitig des Brillenglases angeordnet ist; 16.3.2 wobei der Sensor die Helligkeit durch das mindestens eine Brillenglas in Blickrichtung des Brillenträgers misst; 16.4 einen geschlossenen Regelkreis (MC, LC, IL, IR); 16.4.1 wobei es einen vorgegebenen Sollwert für den Regelkreis gibt, der die Helligkeit am Auge des Brillenträgers festlegt; 16.4.2 wobei der Regelkreis als Istwert die vom Sensor gemessene Helligkeit heranzieht; 16.5 einen Eye-Tracker (ET), der die Blickrichtung des Auges bestimmt; 16.6 wobei für den Helligkeits-Sensor (IL, IR) 16.6.1 ein abbildendes System mit einer Kamera oder 16.6.2 mindestens 3 Sensoren, die ein Koordinatensystem aufspannen, oder 16.6.3 ein Facettenauge zur Verfügung gestellt wird; 16.7 wobei der Helligkeits-Sensor die Helligkeit des aus der Blickrichtung des Auges auf ihn treffenden sichtbaren Lichts bestimmt; 16.8 wobei die Helligkeitsregelung abhängig von der Helligkeit in Blickrichtung des Brillenträgers erfolgt.A method of controlling the brightness of the visible light incident on at least one eye, comprising the steps of: providing a goggle for a wearer having the at least one eye, the goggle comprising: 16.1 a goggle frame; 16.2 at least one spectacle lens; 16.2.1 wherein the at least one spectacle lens has a liquid crystal cell (LC) whose transmission can be changed by a suitable control; 16.3 a sensor (IL, IR) for measuring the brightness of the visible light striking the sensor; 16.3.1 wherein the sensor is arranged on the eye side of the spectacle lens; 16.3.2 wherein the sensor measures the brightness through the at least one spectacle lens in the direction of the spectacle wearer; 16.4 a closed loop (MC, LC, IL, IR); 16.4.1 where there is a predetermined target value for the control loop, which determines the brightness on the eye of the wearer; 16.4.2 the control loop taking as actual value the brightness measured by the sensor; 16.5 an eye tracker (ET), which determines the viewing direction of the eye; 16.6 wherein for the brightness sensor (IL, IR) 16.6.1 an imaging system with a camera or 16.6.2 at least 3 sensors spanning a coordinate system or 16.6.3 a compound eye is provided; 16.7 wherein the brightness sensor determines the brightness of the visible light striking it from the viewing direction of the eye; 16.8 wherein the brightness control is dependent on the brightness in the direction of the wearer.
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