DE19705498B4 - Vorrichtung und Verfahren zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen, die mit von einer Lichtquelle stammenden Licht durch wenigstens eine lichttransparente Fläche beleuchtet werden, wobei die lichttransparente Fläche in Abhängigkeit des Ortes auf der Fläche in einem lokalen Bereich zwischen einem transparenten und nicht-transparenten Zustand schaltbar ist, und
eine ortsauflösende Detektionseinheit vorgesehen ist, die die räumliche Position der Lichtquelle erfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinheit einen innerhalb des Raumbereiches abzuschattenden Ort relativ zur lichttransparenten Fläche erfaßt, und
daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle und von der Position des bestimmten abzuschattenden Ortes innerhalb des Raumbereiches einen von der Verbindungslinie zwischen dem abzuschattenden Ort innerhalb des Raumbereichs und der Lichtquelle durchlaufenden Bereich auf der lichttransparenten Fläche in den nicht-transparenten Zustand schaltet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Das Auftreten von Blendeffekten, die beispielsweise bei Sonnenlichteinfall durch Fensterscheiben im Rauminneren als durchaus störend empfunden werden können, insbesondere in Raumbereichen, an denen Arbeitsplätze vorgesehen sind, in an sich bekannter Weise mit Hilfe mechanischer Abschattungsvorrichtungen, die im fensternahen Bereich vorzusehen sind, vermieden werden. So sind Jalousie-Systeme bekannt, die einen größeren Fensterflächenbereich abdecken, um den störenden Sonnenlichteinfall zu verhindern.
• Neben Blendeffekten, die durch natürlichen Sonnenlichteinfall verursacht werden, treten auch Blendeffekte auf, die durch künstliche Lichtquellen bedingt sind, wie beispielsweise bei Autonachtfahrten, bei denen das Auge durch die Autoscheinwerfer des entgegenkommenden Verkehr erheblich irritiert werden kann. Zwar sind auch im Auto mechanische Abschattungsvorrichtungen mit meist fester Größe vorhanden, doch überdecken derartige Abschattungsvorrichtungen ebenso wie die vorstehend genannten Jalousien durch ihre großflächige räumliche Geometrie und nur begrenzte räumliche Einstellbarkeit einen festen Raumwinkel des Gesichtsfeldes, der größer ist als die blendungsverursachende Lichtquelle. Dies ist jedoch auch notwendig, um für verschiedene Positionen des Betrachters einen Verschattungseffekt zu erzielen, da die Nachstellung der Abschattungsvorrichtungen manuell erfolgt und somit nicht für jede Änderung der Betrachterposition nachgeregelt werden kann. Dies jedoch schließt einen unnötigen großen Raumwinkelbereich des Gesichtsfeldes aus der visuellen Wahrnehmung aus, was insbesondere für Arbeiten bzw. Tätigkeiten, die eine Sicht nach außen voraussetzen, zu einer unumgänglichen Gefahrenerhöhung führt.
• Aus der DE 42 28 927 A1 geht eine Anordnung einer größeren, lichtdurchlässigen Fläche hervor, die bereichsweise abgedunkelt werden kann. Diese Anordnung soll als großflächiger Werbe- und Informationsträger dienen oder zur lokalen Anpassung einer Strahlendosis genutzt werden. Zusätzlich sollen derartige Anordnungen an Fenstern Rolläden ersetzen. Diese Anordnungen können von einem Rechner gezielt angesteuert werden, so daß bestimmte Bereiche transparent und die anderen Bereiche abgedunkelt sind. Der Rechner steuert die Abdunklung nach Maßgabe mittels optischer und/oder thermischer Sensoren erhaltenen Daten und gemäß den Eingaben eines Benutzers.
• Eine ähnliche Anordnung zum bereichsweisen Abdunkeln eines Fensters ist aus der WO 92/05422 bekannt. Dieses Fenster ist mit einer Flüssigkristallmatrix versehen, die selektiv abdunkelbare, über die Fläche des Fensters verteilte Punkte aufweist. Die Matrix wird von einem Rechner angesteuert, so daß gewisse Bereiche abgedunkelt und die anderen Bereiche lichtdurchlässig sind. Der Rechner kann mit Sensoren zum Detektieren einer Person, eines Fahrzeuges oder dgl. elektrisch verbunden sein, um nach Maßgabe der von den Sensoren erhaltenen Daten die Lichtdurchlässigkeit des Fensters einzustellen. Ferner können in den Rechner Informationen über die Bewegungsbahn der Sonne eingegeben werden oder ein Sensor zum Detektieren der Sonnenposition angeordnet sein, so daß in Abhängigkeit von der Sonnenposition die Lichtdurchlässigkeit des Fensters eingestellt wird.
• Die Verwendung von Flüssigkristallen zum Abdunkeln eines Fensters geht auch aus der DE 38 22 796 A1 hervor.
• Die DE 41 28 717 A1 beschreibt einen Blendschutz für Fahrzeugscheiben, der in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Sonnenlichtes die Fahrzeugscheibe verdunkelt und somit den Fahrer gegen Blendung schützt. Bei diesem Blendschutz wird das direkt einfallende Sonnenlicht von einem Sensor gemessen und dementsprechend wird die Scheibe streifenweise verdunkelt. Zum Umschalten der Lichtdurchlässigkeit können bekannte elektrochrome Gläser oder Flüssigkristallschichten verwendet werden.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen, die von einer Lichtquelle stammenden Licht durch wenigstens eine lichttransparente Fläche beleuchtet werden, derart weiterzubilden, daß die lichttransparente Fläche derart abgeschattet werden kann, so daß der Abschattungseffekt für die zu verschattenden Raumbereiche möglichst ausschließlich auf den die Lichtquelle unmittelbar umgebenden Bereich begrenzt ist, so daß ein freier Durchblick durch die lichttransparente Fläche im übrigen Flächenanteil gewährleistet ist.
• Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausgestaltende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen, die mit von einer Lichtquelle stammenden Licht durch wenigstens eine lichttransparente Fläche beleuchtet werden, wobei die lichttransparente Fläche in Abhängigkeit des Ortes auf der Fläche in einem lokalen Bereich zwischen einem transparanten und einem nicht-transparenten Zustand schaltbar ist, und eine ortsauflösende Detektionseinheit vorgesehen ist, derart ausgebildet, daß die Detektionseinheit einen innerhalb des Raumbereiches abzuschattenden Ort relativ zur lichttransparenten Fläche erfaßt, und daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle sowie von dem bestimmten abzuschattenden Ort innerhalb des Raumbereiches einen bestimmten Bereich auf der lichttransparenten Fläche in den nicht-transparenten Zustand schaltet.
• Der abzuschattende Ort innerhalb des Raumbereiches ist vorzugsweise der Sichtbereich eines sich innerhalb des Raumbereiches bewegenden Betrachters, den es gilt, vor Blendwirkungen zu verschonen. Die bisherigen, bekannten mechanischen Verschattungssysteme werden erfindungsgemäß ersetzt durch eine in eine Scheibe integrierte schaltbare Verschattungseinrichtung, die einen oder mehrere wählbare Teile der Scheibenfläche in einen nicht-transparenten Zustand bringt. Ein derartiger nicht-transparenter Zustand kann durch Erhöhung des Reflexionsgrades, der Absorptionseigenschaften sowie der Streueigenschaften der Scheibe erzielt werden. Die Ansteuerung der zu verschattenden Bereiche der lichttransparenten Fläche respektive Scheibe hat dabei derart zu erfolgen, daß vom Betrachter ausgesehen die Lichtquelle vollständig verschattet ist. Die hierfür nötige Fläche auf der lichttransparenten Scheibe, die es gilt zu verschatten, folgt aus der Position der Lichtquelle, des Betrachters und dem Raumwinkel der Lichtquelle bzw. Lichtquellen.
• Zur Realisierung einer derartigen Verschattungsvorrichtung muß zum einen die lichttransparente Fläche respektive Scheibe in einzelnen Bereichen getrennt voneinander derart ansteuerbar sein, so daß deren Transmission abhängig vom Ort auf der Scheibe zwischen transparent und nicht-transparent schaltbar ist. Ferner gilt es eine Regelung anzugeben, die abhängig vom Ort des Betrachters oder der Betrachter und der Lichtquelle respektive der Lichtquellen festlegt, welcher Teil der Scheibe nicht transparent geschaltet werden soll.
• Die erste erfindungsgemäße Komponente, die in den Transmissionseigenschaften selektiv lokal schaltbare Scheibe respektive Fläche kann auf unterschiedlichste Art und Weise realisiert werden. Zum einen sind Flüssigkeitskristalle im Rahmen der LCD-Technik bekannt, wie sie beispielsweise bei Bildschirmflächen von portablen Computer eingesetzt werden und mittels geeigneter elektronischer Ansteuerleitungen in ihren optischen Eigenschaften gezielt von einem transparenten in einen nicht-transparenten optischen Zustand umgeschaltet werden können. Ebenso sind elektrochrome Schichten bekannt, wie beispielsweise WO_X-Schichten, die mittels ortsaufgelöster elektrischer Ansteuerung das gezielte Schalten einzelner Bereiche erlauben. Auch sind katalytisch-aktivierbare Schichtmaterialien bekannt, die durch ortsaufgelöste Freisetzung der Katalysatoren die optischen Transmissionseigenschaften ändern können. Schließlich ist die erfindungsgemäße lichttransparente Fläche auch mit schaltbaren mechanischen Elementen zu versehen, die aus einer Vielzahl miteinander kombinierter Abdeckvorrichtungen aufgebaut sein können.
• Ferner ist es für die erfindungsgemäße Vorrichtung nötig, die Bestimmung der räumlichen Koordinaten von einem Betrachter respektive von dem abzuschattenden Ort innerhalb des Raumbereiches sowie der Lichtquellen exakt zu bestimmen. In beiden Fällen bieten sich Möglichkeiten an, die aus der Computergrafik unter der Bezeichnung "Tracker" bekannt sind. Mit Hilfe derartiger Tracker ist die Bestimmung der dreidimensionalen Koordinaten eines Objektes, beispielsweise mittels magnetischer Induktion durchzuführen.
• Auch ist es möglich, den zu bestimmenden Ort innerhalb des Raumbereiches respektive eines Betrachters mit Hilfe eines Senders auszustatten, der mit einer ortsauflösenden Detektionseinheit in Verbindung tritt und auf diese Weise die Bestimmung der dreidimensionalen Koordinaten des Betrachters aktiv ermöglicht.
• Zur Bestimmung der Position der Lichtquelle, wie beispielsweise der Standort der Sonne oder entgegenkommende Autoscheinwerfer, sind Stereokameras mit Parallaxen-Auswertungsmöglichkeiten geeignet. Handelt es sich bei der Lichtquelle lediglich um die Sonne, so läßt sich deren Position relativ zu einer feststehenden Scheibe auch berechnen.
• Unter Verweis auf die einzige Figur soll der Erfindungsgedanke ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben werden.
• Zur Ermittlung derjenigen Scheibenbereiche respektive Flächenbereiche der lichttransparenten Fläche, die abzudunkeln sind, um den störenden Blendungseffekt gezielt selektiv auszuschalten, sind einfachste Vektoralgorithmen, die mit Hilfe kleinster Mikroprozessoren durchzuführen sind, zu berücksichtigen. Der dreidimensionale Vektor P der Betrachterposition und der Vektor L der Lichtquelle definieren einen Vektor PL, der die Sichtlinie des Betrachters direkt in die Lichtquelle angibt. Als Nullpunkt des Koordinatensystems kann vorzugsweise eine Ecke der Scheibe respektive der lichttransparenten Fläche verwendet werden. Der Schnittpunkt des Vektors PL mit der Ebene der Scheibe ergibt den Punkt auf der Scheibe, der auf "nicht-transparent" geschaltet werden soll. Dessen zweidimensionalen Koordinaten (x, y) folgen aus einer einfachen Gleichung, in die der Vektor PL und die Scheibennormale N eingeht.
• Bevorzugte Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind unter anderem die Verglasungen von Flughafenkontrolltürmen, Eisenbahnloks bzw. deren Führerstände sowie Autofrontscheiben. Ebenso können die erfindungsgemäßen Vorrichtungen insbesondere zur blendfreien Benutzung von Computerarbeitsplätzen eingesetzt werden.
• Die Blendungsreduktion ist insbesondere notwendig, um die physiologischen und psychologischen Nachteile einer blendenden Strahlungsquelle im Gesichtsfeld zu vermeiden. Diese Nachteile beeinträchtigen die Sicht durch die Scheibe und damit die Ausführung von Aufgaben, die diese Sicht benötigen oder durch sie besser ausführbar werden. Soll die Blendung vermieden werden, muß der Lichtweg von der blendenden Strahlungsquelle zum Betrachter an der Scheibe abgeblockt bzw. verschattet werden. Die minimale Größe der Verschattung ist dabei gegeben von der Ausdehnung der Lichtquelle, dem Abstand zwischen Scheibe und Betrachter. Im günstigsten Fall sollte die Verschattung vom Betrachter aus gesehen die Lichtquelle vollständig überdecken, ohne die Sicht in Bereiche um die Lichtquelle herum zu beeinträchtigen. Für mehrere Lichtquellen gilt dies für jede einzelne Lichtquelle.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen, die mit von einer Lichtquelle stammenden Licht durch wenigstens eine lichttransparente Fläche beleuchtet werden, wobei die lichttransparente Fläche in Abhängigkeit des Ortes auf der Fläche in einem lokalen Bereich zwischen einem transparenten und nicht-transparenten Zustand schaltbar ist, und eine ortsauflösende Detektionseinheit vorgesehen ist, die die räumliche Position der Lichtquelle erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinheit einen innerhalb des Raumbereiches abzuschattenden Ort relativ zur lichttransparenten Fläche erfaßt, und daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Position der Lichtquelle und von der Position des bestimmten abzuschattenden Ortes innerhalb des Raumbereiches einen von der Verbindungslinie zwischen dem abzuschattenden Ort innerhalb des Raumbereichs und der Lichtquelle durchlaufenden Bereich auf der lichttransparenten Fläche in den nicht-transparenten Zustand schaltet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichttransparente Fläche einer Fensterscheibe entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichttransparente Fläche eine Matrix aus ansteuerbaren Flüssigkristallen aufweist, deren einzelne Matrixfelder gezielt abdunkelbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichttransparente Fläche eine elektrochrome Schicht aufweist, die mittels räumlich selektiver elektrischer Ansteuerung in begrenzten Bereichen abdunkelbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochrome Schicht WO_X aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichttransparente Fläche eine katalytisch-aktivierbare Schicht aufweist, die durch ortsaufgelöste Freisetzung des Katalysators in begrenzten Bereichen schaltbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichttransparente Fläche mechanisch ansteuerbare Schaltelemente aufweist, die die Transmissionseigenschaften der Fläche lokal beeinflussen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schaltelement eine Abdeckvorrichtung ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle die Sonne ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abzuschattende Ort innerhalb des Raumbereiches beweglich, bspw. die Position eines Menschen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsauflösende Detektionseinheit ein Trackingsystem ist, das eine Bestimmung der dreidimensionalen Koordinaten des abzuschattenden vornimmt .
12. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trackingsystem auf der Basis der magnetischen Induktion funktioniert.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsauflösende Detektionseinheit eine Stereokamera aufweist, die durch Parallaxen-Auswertung die dreidimensionalen Koordinaten des abzuschattenden Ortes bestimmt .
14. Verfahren zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen, die mit von einer Lichtquelle stammendem Licht durch wenigstens eine lichttransparente Fläche beleuchtet werden unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 wobei die ortsauflösende Detektionseinheit die räumliche Position der Lichtquelle bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsauflösende Detektionseinheit die räumliche Position des abzuschattenden Ortes innerhalb des Raumbereiches bestimmt, und die Regeleinrichtung den Bereich der lichttransparenten Fläche in den nicht-transparenten Zustand schaltet, der von der Verbindungslinie zwischen dem abzuschattenden Ort innerhalb des Raumbereiches und der Lichtquelle durchlaufen wird.