DE4118208A1 - Fast viewed displays control under variable lighting - uses light sensors for intensity, direction and spectrum and has liquid-crystal viewing panels - Google Patents

Fast viewed displays control under variable lighting - uses light sensors for intensity, direction and spectrum and has liquid-crystal viewing panels

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Abstract

An opaque panel (15), viewed under external light (5), is overlaid by a liq.-crystal layer (2) and viewed through a polarised screen (14). Some of the same light is focussed on to a sensor, e.g. a phototransistor and processor (3,4), for control the translucency of the liq.-crystal layer. Alternatively a translucent panel may be viewed by light polarised from behind, the panel may be divided into different zones and several panels may be overlain. Several sensors may be employed to sample the light intensity, direction and spectrum. ADVANTAGE - Rapid adjustment to viewing under variable light.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt im Bereich optischer Geräte oder Vorrichtungen, die zur Abschwächung, Filterung oder partiellen Ausblendung von Licht dienen. The present invention is in the field of optical devices or devices that are used for attenuation, filtering, or partial suppression of light.

Die lokale Dämpfung oder Abblendung von störendem Licht ist in vielen Bereichen der Technik und des täglichen Lebens von Bedeutung. The local attenuation or dimming of disturbing light is present in many areas of technology and everyday life is important. Für eine permanente, dh in der Dämpfungswirkung nicht veränderliche Abschwächung dienen im allgemeinen lichtundurchlässige Blenden, oder Elemente aus durchsichtigen Medien wie Gläser oder Kunststoffe, deren Lichtdurchlässigkeit durch Tönung oder teildurchlässige Verspiegelung reduziert ist. For a permanent, ie not variable in the damping effect mitigation are generally opaque screens, or elements of transparent media such as glass or plastics whose light transmission is reduced by shading or partially transmissive mirror coating. Eine von Menge und/oder Richtung des Lichteinfalls abhängige Variation der Stärke der Abschwächung ist hierbei nur durch mechanisches Hinzufügen, Entfernen oder Positionieren der Elemente oder Blenden möglich, was einen entsprechenden apparativen Aufwand bedeutet. A dependent on the amount and / or direction of light incidence variation of the strength of the attenuation is here only possible by mechanically adding, removing or positioning of the elements or diaphragms, which means a corresponding expenditure on apparatus.

Eine Alternative hierzu bieten Elemente aus optischen Medien, die eine in Abhängigkeit von der einfallenden Lichtmenge selbsttönende Wirkung aufweisen (Sonnenbrillen mit dieser Eigenschaft sind bereits seit einigen Jahren im Handel erhältlich). An alternative offer items from optical media, a self-tinting depending on the amount of light effect have (Sunglasses with this property are for several years commercially available). Der Selbsttönungseffekt tritt bei diesen Medien allerdings immer mit einer gewissen Verzögerung ein, die bis zu einigen Minuten dauern kann. The self-tinting effect, however, always occurs in these media, one with a certain delay, which can last up to several minutes. Schnelle Intensitätswechsel des Lichts können damit nicht ausgeglichen werden. Rapid change in intensity of light can therefore not be compensated. Zudem kann die Tönung meist nur innerhalb eines begrenzten Bereichs verändert werden, so daß eine nahezu vollständige Abblendung bei sehr intensivem Lichteinfall nicht erreicht wird. In addition, the tone can be changed only within a limited area usually so that a nearly complete dimming at very intense light is not reached. Eine Abhängigkeit von der Richtung oder anderen Eigenschaften des einfallenden Lichtes außer der Intensität ist nicht gegeben. A function of the direction or other characteristics of the incident light than the intensity is not given.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, welche ohne Blenden oder andere mechanische Komponenten eine schnelle Helligkeitsreduzierung bei Lichteinfall aus vorgegebenen Richtungen bewirkt, wobei zusätzlich neben der Intensität des Lichtes auch andere charakteristische Eigenschaften des einfallenden Lichtes als auslösende Parameter zur Dämpfungseinstellung verwendet werden können. The present invention therefore has for its object to develop a device which causes a rapid reduction in brightness when light is incident from predetermined directions without screens or other mechanical components, wherein in addition in addition to the intensity of the light, other characteristics of the incident light as a trigger parameter for the attenuation setting can be used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst diese Aufgabe durch Verwendung eines oder mehrerer optischer Sensoren, die richtungsabhängig eine oder mehrere charakteristische Eigenschaften des einfallenden Lichtes detektieren und in elektrische Signale umwandeln. The device of the invention achieves this object by using one or more optical sensors, the directionally detect one or more characteristic properties of the incident light and convert it into electrical signals. Elektronische Hilfsmittel nehmen die so erhaltenen elektrischen Signale auf und steuern ein oder mehrere Flüssigkristallelemente im Sinne einer veränderten Lichtdurchlässigkeit an. Electronic means to take on the thus obtained electrical signals and control one or more liquid crystal elements in the sense of a change in light transmission.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Schemazeichnungen beschrieben, wobei Further details and advantages of the present invention will be described in the following description of preferred embodiments with reference to the schematic drawings, wherein

Fig. 1 ein einzelnes Flüssigkristallelement darstellt, welches durch elektronische Hilfsmittel in seiner Lichtdurchlässigkeit gegenüber polarisiertem Licht verändert werden kann, Fig. 1 represents a single liquid crystal element which can be changed by electronic means in its light transmittance with respect to polarized light,

Fig. 2 ein entsprechendes Flüssigkristallelement zeigt, das Sektoren mit jeweils unterschiedlicher Ausrichtungsachse aufweist, Fig. 2 shows a corresponding liquid crystal element having sectors each having a different axis of orientation,

Fig. 3 die Hintereinanderreihung von Flüssigkristallelementen mit jeweils unterschiedlicher Ausrichtungsachse wiedergibt, Fig. 3, the cascading sequence of liquid crystal elements representing each having a different axis of orientation,

Fig. 4 ein System zur richtungsabhängigen Abblendung von reflektiertem Licht darstellt, und Fig. 4 illustrates a system for the direction-dependent stopping down of reflected light, and

Fig. 5 einen Sensor zur richtungsabhängigen Lichtdetektierung zeigt. Fig. 5 shows a sensor for direction-dependent Lichtdetektierung.

Die vorliegende Erfindung macht Gebrauch von der polarisierenden Wirkung von Flüssigkristallen, die elektrisch ausgerichtet werden können. The present invention makes use of the polarizing effect of liquid crystals which can be electrically aligned. Dieses Prinzip findet zum Beispiel breite Anwendung in Flüssigkristallanzeigen (LCD). This principle is widely used in liquid crystal displays (LCD) for example. Polarisiertes Licht wird dabei je nach Lage zur Ausrichtungsachse des Flüssigkristallelements abgeschwächt oder durchgelassen. Polarized light is thereby weakened or transmitted depending on the location to the alignment axis of the liquid crystal element.

Unter Verwendung dieses Prinzips läßt sich eine erfindungsgemäße Ausführung wie in Fig. 1 skizziert, anfertigen. Using this principle, an embodiment of the present invention as shown in FIG. 1 can be outlined customize. Die Vorrichtung 1 zur richtungsabhängigen Dämpfung oder Abblendung von Licht besteht hierbei aus einem oder mehreren einzelnen Flüssigkristallelementen 2 , deren optisch wirksame Ausrichtungsachse 8 elektrisch verändert werden kann. The device 1 for direction-dependent attenuation or dimming of light here consists of one or more individual liquid crystal elements 2 whose optically effective alignment axis can be electrically changed. 8 Einfallendes polarisiertes Licht 5 mit einer Ausrichtung 6 wird beim Durchgang durch die aktivierte Fläche 7 des Elements 2 abgeschwächt, so daß nur eine reduzierte Lichtmenge 10 hindurchtritt. Incident polarized light 5 with an alignment 6 is attenuated when passing through the activated surface 7 of the element 2, so that only a reduced amount of light 10 passes. Die richtungsabhängige Wirkung wird dadurch erreicht, daß bestimmte Eigenschaften des einfallenden Lichts 5 durch einen oder mehrere Sensoren 4 detektiert werden, wobei zumindest ein Teil der Sensoren eine Richtungscharakteristik aufweisen. The directional effect is achieved in that certain properties of the incident light 5 is detected by one or more sensors 4, wherein at least some of the sensors have a directional characteristic.

In Fig. 5 ist eine mögliche Ausführungsform eines Sensors dargestellt. In Fig. 5 shows a possible embodiment of a sensor is shown. Eine Linse 43 bündelt dabei das einfallende Licht 5 auf ein lichtempfindliches Element 42 , welches sich zur Abschirmung in einem zylindrischen Gehäuse 41 befindet und bei Lichteinfall elektrische Signale 44 generiert. A lens 43 focuses this case, the incident light 5 onto a photosensitive element 42, which is located on the shield in a cylindrical housing 41 and upon receipt of light electrical signals 44 generated. Auch andere Ausführungsformen sind möglich, wobei diverse lichtempfindliche Elemente wie z. Other embodiments are possible, wherein various photosensitive members such. B. Photowiderstände, -dioden oder -transistoren eingesetzt werden können. As photoresists, -diodes or phototransistors can be used. Bei Verwendung von entsprechenden Anordnungen (z. B. Matrix, CCD) kann eine sehr genaue Analyse der detektierten Lichtquellen erreicht werden. When using corresponding arrangements (z. B. matrix CCD) can be a very accurate analysis of the detected light sources to be achieved.

Die erzeugten Signale werden von einer Ansteuereinheit 3 aufgenommen, welche die zur Ausrichtung der Flüssigkristallelemente erforderlichen Elektroden 9 ansteuert. The signals produced are received by a control unit 3 which controls the necessary alignment of the liquid crystal element electrodes. 9 Mit dieser Anordnung kann zum Beispiel eine Blende realisiert werden, die nur bei Lichteinfall aus einem definiertem Winkelbereich mit automatischer Abblendung reagiert. With this arrangement, for example, an aperture can be implemented, which only reacts when exposed to light of a defined angular range with automatic dimming.

Dabei kann durch Verwendung entsprechender Sensoren zusätzlich die Dämpfung abhängig gemacht werden von der Intensität, Intensitätsänderung, Spektralverteilung oder Polarisationseigenschaften des einfallenden Lichts. The damping can be made dependent on the intensity change in intensity, spectral or polarization characteristics of the incident light in addition by the use of appropriate sensors. Bei Verwendung von mehreren Sensoren müssen nicht alle eine Richtcharakteristik aufweisen, so daß auch andere Lichtanteile detektiert und in Kombination mit richtungsabhängigen Signalen zur Ansteuerung des Flüssigkristallelements (oder der Elemente) verwendet werden können. When using several sensors need not all have a directional characteristic, so that other light components detected and in combination with directional signals for driving the liquid crystal element (or elements) may be used. Die jeweiligen Signalschwellwerte und Regelparameter können dabei für die Ansteuereinheit 3 sowohl als Festwerte vorliegen, als auch durch externe Stellvorrichtungen variabel vorgegeben werden (nicht abgebildet). The respective signal thresholds and control parameters can be present for the drive unit 3, both as fixed values there when be variably set by external locking devices (not shown).

Um unterschiedliche Dämpfwirkungen zu erreichen, kann ein Flüssigkristallelement aus einzelnen und separat ansteuerbaren Sektoren bestehen, die jeweils unterschiedliche Ausrichtungsachsen aufweisen. To achieve different damping actions, a liquid crystal element of individual and separately controllable sectors may exist which have different alignment axes. Eine solche Anordnung 11 ist in Fig. 2 dargestellt. Such an arrangement 11 is shown in Fig. 2. Je nach den detektierten Lichtverhältnissen können verschiedene Sektoren oder Kombinationen von Sektoren angesteuert werden, so daß das hindurchtretende Licht 10 unterschiedlich abgeschwächt wird. Depending on the detected light conditions, different sectors or combinations can be driven by sectors, so that the passing light is attenuated differently 10th

In einer anderen Ausführung 12 ( Fig. 3) werden mehrere Flüssigkristallelemente 22, 23, 24 , welche unterschiedlich ausgerichtet werden können, nacheinander durchstrahlt. In another embodiment 12 (Fig. 3), are radiated through a plurality of liquid crystal elements 22, 23, 24, which can be oriented differently in succession. Mit dieser Ausführungsform lassen sich ebenfalls verschiedene Wirkungsgrade der Lichtdämpfung erreichen. This embodiment also different efficiencies of light attenuation can be achieved.

Fig. 4 zeigt eine spezielle Ausführungsform, bei der eine reflektierende Oberfläche 15 einer Anordnung wie sie bisher beschrieben wurden, nachgesetzt ist. Fig. 4 shows a specific embodiment in which a reflecting surface 15 of an arrangement as described so far, is subsequently added. Einfallendes Licht 5 - hier als Beispiel unpolarisiert - wird zunächst durch das Polfilter 14 polarisiert. Incident light 5 - here unpolarized as an example - is first polarized by the polarizing filter fourteenth Danach durchdringt es ein oder mehrere Flüssigkristallelemente 2 wie beschrieben und wird von der reflektierenden Oberfläche 15 zurückgeworfen, wobei es je nach geometrischer Anordnung der einzelnen Komponenten noch ein weiteres mal durch die Flüssigkristallelemente hindurchgehen kann. After that, it passes through one or more liquid crystal elements 2 as described and is reflected from the reflective surface 15, which may pass through the liquid crystal elements of times depending on the geometric arrangement of the individual components still further. Dabei kann die Intensität des ausfallenden Lichts durch Detektion des einfallenden Lichts über den Sensor 4 und Ansprechen der nachgeschalteten Ansteuereinheit 3 richtungsabhängig variiert werden. The intensity of the outgoing light may be varied depending on the direction by detection of incident light on the sensor 4, and response of the downstream control unit. 3

Das Flüssigkristallelement 2 kann dabei mit der reflektierenden Fläche als eine Einheit angefertigt werden, wobei die Rückseite z. The liquid crystal element 2 may in this case be made with the reflecting surface as a unit with the back z. B. direkt verspiegelt wäre, etwa durch Metallbedampfung. for example by metal vapor as would directly mirrored.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich somit ein automatisches oder steuerbares Spiegelsystem realisieren, das für Licht mit unterschiedlichem Einstrahlwinkel schaltbar unterschiedliche Reflektivität aufweist. Thus, with the inventive device, an automatic or controllable mirror system can be realized, which has switched to light having a different angle of incidence different reflectivity. Auch bei dieser Anordnung können weitere, auch richtungsunabhängige Sensoren zur Ansteuerung hinzugezogen werden (nicht abgebildet). In this arrangement, further, even non-directional sensors can be called in to control (not shown). Ein Anwendungsbeispiel wäre ein Rückspiegel, der eine automatische Verminderung der Reflektivität aufweist, sobald Position und relative Intensität des auftreffenden Lichts eine Blendung auslösen können. An example of application would be a back mirror having an automatic reduction in the reflectivity when position and relative intensity of the impinging light can trigger a glare.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können (wie z. B. in Fig. 4 dargestellt) uneingeschränkt auch für unpolarisiertes Licht verwendet werden, indem einfallendes Licht einfach durch ein vorgesetztes Polfilter 14 polarisiert wird. The devices of the invention (such as z. B. in FIG. 4) to be fully used for unpolarized light by incident light is easily polarized by a polarizing filter prefixed fourteenth Andere Filter, z. Other filters such. B. zur Unterdrückung bestimmter Lichtwellenlängen, können ebenfalls zusätzlich eingesetzt werden. B. for the suppression of certain wavelengths of light may also be used in addition.

Claims (11)

1. Vorrichtung ( 1, 11, 12 ) zur Abschwächung oder Abblendung von Licht, wobei das zu dämpfende Licht ( 5 ) entweder bereits polarisiert ist oder durch zusätzliche Hilfsmittel ( 14 ) polarisiert wird und das so polarisierte Licht durch mindestens ein elektronisch veränderliches Flüssigkristallelement ( 2; 22, 23, 24 ) hindurch geht, dadurch gekennzeichnet, 1. A device (1, 11, 12) for attenuating or dimming of light, said to be damped light (5) is either already polarized or by additional means (14) is polarized, and the thus-polarized light (by at least an electronically variable liquid crystal element 2; 22, 23, 24) passes, characterized in that
daß mindestens ein optischer Sensor ( 4 ) vorhanden ist, der in Richtungsabhängigkeit eine oder mehrere charakteristische Eigenschaften des einfallenden Lichts detektiert und in elektrische Signale umwandelt, und that at least one optical sensor (4) is present, is detected in directionality one or more characteristic properties of the incident light and converts it into electrical signals, and
ein oder mehrere elektronische Hilfsmittel ( 3 ) die so erhaltenen elektrischen Signale aufnehmen und das oder die durchleuchteten Flüssigkristallelemente ( 2; 22, 23, 24 ) im Sinne einer veränderten Lichtdurchlässigkeit ansteuern. one or more electronic means (3) receiving the electrical signals thus obtained and the one or more illuminated by liquid crystal elements (2; 22, 23, 24) to drive in the sense of a change in light transmission.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektronischen Hilfsmittel ( 3 ) eines oder mehrere Flüssigkristallelemente in Abhängigkeit davon ansteuern, daß die detektierten Signale eines oder mehrerer Sensoren vorgegebene Schwellwertgrößen über- oder unterschreiten. 2. Device according to claim 1, wherein the electronic devices (3) to drive one or more liquid crystal elements in response to the fact that the detected signals of one or more sensors exceeds predetermined Schwellwertgrößen or below.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zusätzlichen Hilfsmittel ( 14 ) zur Polarisierung aus mindestens einem Polarisationsfilter oder mindestens einem elektrisch veränderbaren Flüssigkristallelement bestehen. 3. Device according to claim 1 or 2, wherein said additional tools (14) are made to the polarization of at least one polarization filter or at least one electrically alterable liquid crystal element.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Betrag der Lichtabschwächung variiert werden kann durch Einstellung des Winkels zwischen der Polarisationsrichtung ( 6 ) des polarisierten Lichts und der Ausrichtungsachse ( 8 ) mindestens eines elektrisch veränderbaren Flüssigkristallelements. 4. Device according to one of the preceding claims, wherein the amount of light attenuation can be varied by adjusting the angle between the polarization direction (6) of the polarized light and the alignment axis (8) of at least one electrically alterable liquid crystal element.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Betrag der Lichtabschwächung variiert werden kann durch Ansteuerung von einem oder mehreren Flüssigkristallelementen ( 2; 22, 23, 24 ), deren Ausrichtungsachsen ( 8 ) bezüglich der Polarisationsrichtung ( 6 ) des polarisierten Lichts unterschiedliche Winkel einnehmen. 5. Device according to one of the preceding claims, wherein the amount of light attenuation can be varied by controlling one or more liquid crystal elements (2; 22, 23, 24), the alignment axes (8) with respect to the polarization direction (6) of the polarized light at different angles taking.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Flüssigkristallelement unterteilt ist in einzelne, individuell elektrisch ansteuerbare Sektoren. 6. Device according to one of the preceding claims, wherein at least one liquid crystal element is divided into separate, individually electrically controllable sectors.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die richtungsabhängig detektierten Eigenschaften des einfallenden Lichts die Intensität, Intensitätsschwankungen, Polarisation oder die Spektralverteilung sind. 7. Device according to one of the preceding claims, wherein the direction-dependent detected properties of the incident light, the intensity variations in intensity, polarization, or spectral distribution.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch zusätzliche Hilfsmittel Spektralanteile des einfallenden Lichts unterdrückt werden. 8. Device according to one of the preceding claims, wherein suppressed by additional aids spectral components of the incident light.
9. Vorrichtung ( 13 ) zur selektiven Reflexion von Licht, wobei eine zumindest teilweise reflektierende Fläche ( 15 ) mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche kombiniert ist. 9. The device (13) for the selective reflection of light, wherein an at least partially reflective surface (15) is combined with a device according to any one of the preceding claims.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, enthaltend weitere optische Sensoren, welche ohne Einschränkung auf bestimmte Richtungen die Lichtverhältnisse detektieren und deren Signale zusätzlich als Stellgröße von den elektronischen Hilfsmitteln aufgenommen werden. 10. Device according to one of the preceding claims, further comprising optical sensors that detect without restriction to particular directions of the lighting conditions and whose signals are added in addition as the manipulated variable of the electronic means.
11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur richtungsabhängigen Abblendung, Abschwächung oder Reflexion von Licht. 11. Use of a device according to any one of the preceding claims for the direction-dependent stopping down, attenuation or reflection of light.
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