DE4228927A1 - Anordnung zur rechnergesteuerten Kontrolle der Lokalisation, Intensität und Farbtönung des Lichtdurchtritts durch großflächige, transparente Objekte - Google Patents

Description

Rechnergesteuerte optoelektronische Wandlersysteme (LCD, LED, Vakuumfluoreszenz, Elektrolumineszenz, Plasmaanzeiger usw.), die elektronische Signale in Lichtsignale umsetzen (Prinzip des Lichtventils), werden Anzeiger "Displayer" genannt. Sie werden als passive oder aktive Systeme gebaut. Die passiven Wandlersysteme benötigen eine zusätzliche Lichtquelle, wie z. B. die meisten LCD-Anzeiger und die LCD-Videoprojektoren, englisch auch Liquid-Cristall-Displayer (LCD) genannt, um ihre Bildinformation sichtbar zu machen. In einem aktivem Displayersystem ist der Wandler gleichzeitig eine kleine Lichtquelle, der so selbst und "aktiv" für sein Licht sorgt. Diese Wandler werden häufig für alphanumerische Anzeigen, z. B. in Uhren oder auf Flughäfen genutzt, wobei oft auch rechnergesteuerte Licht emittierende Dioden (LED) eingesetzt werden.

Ziel der Erfindung ist es, passive, hochtransparente, optoelektronische Wandler in Matrixanordnung zur gezielten, rechnergesteuerten, lokalen Reduktion der Lichtintensität und zur Veränderung der Farbtönung des durchtretenden Lichts bei großflächigen, transparenten Objekten zu verwenden. Dieser Einsatz ist bisher unbekannt.

Durch die Integration einer oder mehrerer Matrixschichten dieser Wandler in großflächige, transparente Objekten wie Fenster, Glasscheiben, Glasdächer, Wintergärten, Gewächshäuser, Glasfassaden, Schaufenster usw. kann der Lichteinfall in den rückwärtigen Raum optimal den jeweiligen, gewünschten Bedingungen angepaßt werden, da eine rechnergesteuerte Führung und Überprüfung möglich ist und separate Steuerungen der Lichtelemente der Matrix des Wandlers variable Formen und Größen der Abdunkelung gewährleisten.

Aktive Wandlersysteme sind hierbei nicht nützlich, da nur das schon vorhandene Licht (meist Tageslicht) beim Lichtdurchtritt im transparenten Objekt verändert wird. Auch brauchen nicht die winzig kleinen (im 200-300 Mikrometerbereich) Lichtelemente der Displayer, wie sie in kleinflächigeren LCD-Bildschirmen und LCD-Monitoren sinnvoll Verwendung finden, um zur Güte der Auflösung beizutragen, eingesetzt werden, da es hier nicht um ein möglichst brillantes Bild geht, sondern um eine relativ großflächige, lokalisierte Lichtreduktion.

Für manche Fenster werden Wandlerelementgrößen von mehreren 100 und mehr Quadratcentimeter nützlich sein, während bei anderen Objekten Größen von wenigen Quadratcentimeter ausreichen. Von der AEG werden Wandlerzellen mit Flächengrößen bis 28·33 cm geliefert.

Ein solches Fenster hat gleichzeitig einen integrierten, nicht sichtbaren Abdunkelungsmechanismus. Ein separater Rolladen zur Abdunkelung ist nicht mehr notwendig. Keine Mechanik und kein Kraftaufwand ist dazu nötig, um die Abdunkelung durchzuführen. Die Bedienung erfolgt durch Knopfdruck. Außerdem sind Abdunkelungsmuster des Fensters möglich, die mit keinem Rolladen herzustellen wären.

Werden in einem solchen Fenster farbige Wandler eingesetzt, so kann auch die Farbtönung des Lichtdurchtritts den Wetterverhältnissen angepaßt werden, um eine bessere Sicht nach außen zu erreichen (z. B. beim Cockpit in Flugzeugen). Werden in das Fenster noch optische Sensoren oder Thermofühler integriert, so kann die Verdunkelung weiter dem Wärmeeinfall und der äußeren Lichtintensität angepaßt werden.

Diese Fühler und Sensoren können auch gleichzeitig zur Überwachung des vorderen und hinteren Raumes genutzt werden, wobei bei völlig lichtundurchsichtiger Scheibe dennoch eine "Sicht" vor oder hinter die Scheibe möglich wird, da rechnergesteuert die Meßwerte der Sensoren leicht in optisch geeigneter Form dargeboten werden können.

Sollen nur Teilbereiche eines transparenten Objekts abgedunkelt werden, z. B. durch eine bandförmige Wandleranordnung, die waagerecht von einem Rand des Fensters zum anderen verläuft, so kann das Wandlerband in der Scheibe senkrecht verschoben werden, um an gewünschter Fensterstelle den Lichtdurchtritt zu manipulieren.

Eine solche Wandler-Fensterversion wäre sicherlich für bestimmte Bereiche kostengünstiger.

Auch könnten mehrere Wandlerschichten, - separat hintereinander beweglich, - mit verschieden großen Matrixflächen verwendet werden, die dann je nach Aufgabenstellung eingesetzt werden können.

Aufgrund der elektronischen Verarbeitung der Meßwerte und der rechnergestützten Steuerung der Wandler sind alle Vorteile dieser Computersysteme bei dieser Erfindung entsprechend nutzbar.

Die Meßergebnisse der Sensoren können auch den Verschmutzungsgrad der Scheibe ermitteln und diese einem rechnergesteuerten Reinigungssystem übertragen, das nun gezielt die Verunreinigung beseitigen kann. Dies würde erheblich Wasser oder Reinigungsmittel sparen und die Tätigkeit der Reinigungsfirmen überflüssig machen. Hierzu sind verschiedene zweckdienliche Verfahren denkbar, die nicht Thema der Erfindung sind.

Aus den aufgezählten Vorteilen ergibt sich, daß sich diese Erfindung vor allem für den Einsatz in größeren transparenten Objekten eignet, wie Fensterflächen bei Industriegebäuden, Schulen, Bürokomplexen, Krankenhäusern, Gewächshäusern, Hochhäusern, Schaufenstern, Wintergärten usw.

Jeder hat wohl schon erlebt, daß der Sonneneinfall in das Fenster über Spiegelungen das TV-Bild störte oder die Sicht auf einen Monitor eines PC′s. Mit einem erfindungsgemäß aufgebauten Fenster kann genau die Stelle des Fenster abgedunkelt werden, die hierfür verantwortlich ist, nur durch Knopfdrücke an der Fernbedienung.

In Büros kann die einfallende Lichtintensität den verschiedenen Belangen der einzelnen Mitarbeiter individuell angepaßt werden, wobei die eine Sekretärin für ihren Körper, Schreibtisch und ihren Monitor jeweils angenehme Besonnungen einstellt, obwohl die ihr gegenüber sitzende Kollegin womöglich andere Bedürfnisse diesbezüglich hat, die ebenfalls optimal für diese einreguliert werden können.

Bei großen Wohnzimmerfenstern, deren Fenstersimse oft mit schönen Blumenbänken dekoriert werden, ermöglicht ein solches Fenster, daß jede Blume separat die richtige Lichtmenge täglich erhält, auch in Abwesenheit der Hausfrau.

Der Rechner steuert die Wandler nach Eingaben der Hausfrau und dunkelt ab und erhellt die entsprechenden Fensterareale völlig unabhängig voneinander.

Ein solches Fenster eignet sich auch dazu, z. B. in den Nachtstunden bei Hintergrundbeleuchtung der Scheibe großflächig Werbe- und Informationsmaterial darzustellen. Die eintönigen, dunklen Glasfassaden der Bürohochhäuser mit ihren Hunderten von Fenstern können zu einer einzigen, eindrucksvollen, riesigen Werbefläche zusammengefaßt und genutzt werden.

Es können durch rechnergesteuerte Programme attraktive Muster inszeniert werden, die von Designer und Künstler entworfen, in der Dunkelheit der Nacht dynamische Kunstwerke ergeben, die zu Anziehungspunkten der sonst leeren Innenstädte werden und beträchtlichen Werbeerfolg und Bekanntheitsgrad garantieren werden.

Man stelle sich nur ein Büro-Hochhaus in Frankfurt oder New York vor mit seinen tausenden Quadratmetern Fensterfläche, das in bunten Farben und Mustern nachts dekorativ erleuchtet werden. Die Muster wären natürlich besonders aus etwas weiterer Entfernung optimal zu betrachten, da die Pixelflächen groß sind.

Die Beleuchtung erfolgt natürlich nicht von außen, sondern von den Lampen (eventuell speziell farbige und energieverbrauchsarme) der verlassenen Büroräume aus, deren Licht durch die Wandler der Fenster nun nach außen hin manipuliert wird und nicht wie am Tage die Besonnung der Büroräume nach innen zu individuell verändert werden kann. Die Wandler selbst verbrauchen nur sehr wenig Energie.

Beim erfindungsgemäßen Einsatz in transparenten Raumteilern können die Büroangestellten je nach Bedarf die Durchsicht auf ihren Arbeitsplatz gewähren oder nicht, um ihre "Intimsphäre" zu schützen.

Bei Schaufenstern ergäbe sich auch der Vorteil, den Einblick in das dahinterliegende Geschäft bzw. auf die ausgelegten Waren zu steuern. Besondere Angebote und Attraktionen können speziell "eingeblendet" und markiert werden.

Bei notwendigen Arbeiten hinter der Scheibe wird einfach abgedunkelt.

Aber auch Einbauten in Fahrzeugscheiben, Duschkabinen, Türverglasungen, Lampenschirmen, Lampenschalen, Scheinwerfern, Glasschränken, Glasvitrinen, Verdunkelungen von Hörsälen, transparenten Behältnissen und in spezielleren Schutzverglasungen wären sinnvoll.

Beim Einsatz in Autoscheiben könnten diese Wandler auch einen idealen Sonnenschutz bieten, indem sie rechnergesteuert die Scheibe exakt und schnell abdunkeln und wieder erhellen (keine Einschränkungen der Abdunkelung von 15%). Auch könnten bestimmten Teile der Scheibe hiervon ausgespart bleiben oder je nach Richtung des Lichteinfalls auf die Scheibe abgedunkelt werden, so daß nicht die gesamte Scheibe einheitlich betroffen wäre.

Die Erfindung wäre auch als Sichtschutz und Diebstahlvorbeugung optimal nutzbar.

So könnten mit Abschluß des Wagens durch Schlüsselumdrehung sämtliche Scheiben undurchsichtig gemacht werden, was eine Einsicht ins Wageninnere verhindert und ein Wegfahren des Autos nur mit zerstörten Scheiben bedeuten würde.

Vor die Oberflächen der Rückspiegel der Autos könnten transparenten Wandler angebracht werden, die eine Blendung des Fahrers durch Verminderung der Lichtdurchtritts vermeiden oder die Spiegelwirkung ganz aufheben.

In Flugzeugen oder Schiffen könnten Wandler mit Farbfiltern in oder auf die Schieben des Cockpits oder des Führerstandes montiert werden, die es gestatten bei unterschiedlichsten Lichtverhältnissen den idealen Kontrast in der Sicht zu erreichen, in dem die Farbtönung des Fensters variiert wird (z. B. bei Fahrten oder Flügen im Nebel).

Die in letzten Abschnitten beschriebenen Vorteile der Erfindung gelten natürlich ebenso für den Einsatz der Erfindung in Brillengläsern zum Lichtschutz sowie in der Optik.

Bei den Sonnenbrillen ergibt sich auch der Vorteil, die beiden Brillengläser unterschiedlich steuern zu können und die Farbtönungen und die Lichtintensität dem jeweiligen Brillenträger individuell anzupassen und Spezialbrillen (z. B. für Piloten oder bei Farbfehlsichtigkeiten) zu fertigen. Die tageszeitlichen Schwankungen in der Lichtempfindlichkeit können ebenfalls berücksichtigt werden. Die Wandlermatrix könnte als Folie in die Gläser eingebracht werden und auch als Stabilisator von Silikatglas dienen. Bei Kunststoffgläser wäre es außerdem erstmals möglich eine wirkliche Abtönung zu erzielen. Die Wandlermatrix könnte gleichzeitig auch als Lochblende genutzt werden.

Beim Einbau in Linsen und optische Systeme kann die Erfindung ebenfalls als rechnergesteuerte Blende dienen, die nicht die Nachteile einer mechanischen Abblendung hätten und auch andere Abblendungsmuster zuließe.

Was den Einbau in Schutzscheiben oder Panzerscheiben betrifft, so könnte man z. B. bei einem Banküberfall die Schalterscheiben und andere transparente Wände blitzschnell als Sichtschutz undurchsichtig machen, so daß der Bankräuber nicht erkennen würde, was dahinter vor sich geht.

Ein weiterer Einsatz der Erfindung wäre bei der Nutzung in transparenten, biegsamen Folien zu sehen.

Ein anderer Einsatz ergibt sich bei therapeutischen und diagnostischen Bestrahlungsgeräten in der Medizin, vor allem der Dermatologie. Häufig wäre es sinnvoll das Bestrahlungsfeld genau auf die kranken Körperstellen der Hautoberfläche zu begrenzen, um z. B. stärkere Strahlendosen applizieren zu können und damit einen besseren Behandlungserfolg zu garantieren. Wird eine erfindungsgemäß aufgebaute Scheibe vor die Strahler (UVA, UVB, Infrarot usw.) montiert, so kann das Bestrahlungsfeld optimal auf die betroffene Hautoberfläche begrenzt werden.

Die übrige, gesunde Haut kann weitgehend geschont werden. Die nicht benötigten Lampen bleiben ausgeschaltet, deren Lebensdauer wird erhöht. Auch kann mit Hilfe der Erfindung die Strahlenintensität der Strahlen viel feiner dosiert werden und lokal angepaßt werden. Das bedeutet, daß jedes erkrankte Hautareal separat therapiert werden kann.

Eine ähnliche Verwendung bietet sich in der Beleuchtungstechnik an. Hier können vor die Scheinwerfer, Spiegel und großen Leuchten erfindungsgemäß aufgebaute Scheiben installiert werden, die als variable Blende das Licht optimal auf die erwünschten Stellen fallen lassen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Exemplarisch wird hierfür eine Matrixschicht eines passiven optoelektronische Wandlers in Flüssigkristall-Technologie verwandt.

Es zeigt

Fig. 1 einen möglichen, zweckmäßigen Aufbau eines Fensters, schematisch in der Seitenansicht,

Fig. 2 schematisch, die erfindungsgemäße Anordnung des Fensters in der Aufsicht bzw. Betrachtung von der Innenseite (von der Wohnung nach außen schauend).

In Fig. 1 fallen die Lichtstrahlen (18) über die Frontscheibe (3) des Fensters durch die rechnergesteuerten Einzelschaltungen oder Lichtelemente (4) des LCD′s (1) und werden je nach Steuerung der Einzelelemente gesperrt oder hindurchgelassen.

Der LCD wurde hier bewußt so einfach wiedergegeben, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu gewährleisten. Natürlich besteht dieser wie bekannt aus mehreren Schichten (Polarisator, Analysator, Flüssigkristall-Schicht usw.) und eventuell farbgebenden Materialien (z. B. Farbfolien). Alle üblichen Bauelemente dieser Wandler können und sollen zweckmäßig erfindungsgemäß genutzt werden.

Die Lichtstrahlen (18) können das Lichtelement passieren und dringen durch die hintere Glasscheibe des Fensters (2) in den Wohnungsraum (20) ein. Das durchtretende Licht passiert auch zwei dünne Scheiben mit aufgebrachten, vorzugsweise transparenten Thermofühlern oder optischen Sensoren (5, 6). Diese Sensoren müssen nicht transparent sein, sondern können unschwer so klein gebaut werden, daß sie für das Auge schlecht erkennbar bzw. für den Lichteinfall unerheblich sind. Die Lichtstrahlen (19) durchdringen die Einzelschaltungen nicht. Selbstverständlich können auch die Lichtstrahlen aus der Gegenrichtung nicht dieses Lichtelement passieren. Die Sensoren (5, 6) haben in dieser Anordnung die gleiche Verteilung wie die Lichtelemente des Wandlers. Sie können jedoch auch andere, zweckmäßigere Verteilungsdichten oder lokale Konzentrationen haben. Nr. 17 kennzeichnet den Raum vor dem Fenster, Nr. 16 den hinter dem Fenster.

Fig. 2 zeigt das Fenster in Fig. 1 nun in der Ansicht vom Wohnraum aus. Symbolisch wurden verschieden große, quadratische Lichtelemente (7, 10) eingezeichnet. Es können natürlich auch andere Formen wie Rechtecke oder Kreise bei entsprechenden Aufgabenstellungen sinnvoll sein.

Die durch die Lichtelemente hindurchtretende Lichtintensität kann ebenfalls in weiten Bereichen über den Wandler reguliert werden. Das Lichtelement (7) läßt kein Licht durch. Das Einzelelement (9) läßt nur wenig Licht passieren, Nr. 8 mehr Licht und Nr. 4 sperrt überhaupt kein Licht. Die Reduktion des Lichteinfalls kann linear oder wie im Bereich (11, 22) beliebig begrenzt sein. Ein solches Abdunkelungsmuster ist durch einen Rolladen nicht durchführbar.

Bei Nutzung von farbigen Folien können auch bestimmte Farbtönungen des Lichteinfalls erreicht werden. Die Signale der Sensoren werden einem Rechner (14) zugeführt, welcher aus den Daten ein Bild auf einem Monitor (13) erstellt. Der Rechner kann auch über eine Fernbedienung (21) manipuliert werden, d. h., das Maß der Verdunkelung ist unabhängig vom Ort bestimmbar. Auch können variable und spezifische Verdunkelungsprogramme erstellt werden.

Da der Rechner die Meßdaten der Sensoren auf beiden Seiten des Fensters auf dem Monitor optisch verdichtet, kann man bei geschlossenem Fenster ein Bild nach außen gewinnen bzw. den Raum vor und hinter dem Fenster überwachen.

Claims (18)

1. Anordnung zur rechnergesteuerten Kontrolle der Lokalisation, Intensität und Farbtönung des Durchtritts von sichtbarem Licht und des ihm angrenzenden elektromagnetischen Wellenspektrums durch transparente, großflächige Objekte dadurch gekennzeichnet, daß auf den Oberflächen dieser Objekte oder in diesen Objekten mindestens eine Matrix-Schicht (1) aus rechnergesteuerten, transparenten, passiven optoelektronischen Wandlern aufgebracht bzw. integriert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß passive optoelektronische Wandler in verschiedensten, zweckdienlichen Größen, Formen und Dicken sowie mehreren Schichten, getrennt oder aufeinander liegend verwendet und die üblichen Baubestandteile und Zusatzmaterialien dieser Wandler (z. B. Farbschaltzellen, Farbfolien usw.) ebenfalls zweckmäßig genutzt werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Fläche oder nur Teilbereiche des transparenten Objekts erfindungsgemäß aufgebaut werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wandlerschicht verschiedene, zweckdienliche Flächengrößen der Lichtelemente des Wandlers verwendet werden.

5. Anordnung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionszustand der einzelnen Lichtelemente (4) des Wandlers über einen Rechner (14) verändert und optisch (13) in zweckmäßiger Art dargestellt werden kann.

6. Anordnung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Oberflächen des Objekts oder in diesem Objekt Sensoren, vor allem optische Sensoren und Thermofühler (5, 6) in verschiedensten, zweckmäßigen, definierten Anordnungen, Größen und geeigneten Materialien positioniert werden können.

7. Anordnung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte dieser Sensoren einem Rechner zugeführt werden, der diese zweckdienlich mit denen des Wandlers verarbeitet.

8. Anordnung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte der Sensoren, vor allem der optischen Sensoren, zur Raumüberwachung vor (17) oder hinter (16) dem Objekt und zur Analyse des Verschmutzungsgrades der äußeren Oberflächen (2, 3) des Objekts genutzt werden können.

9. Anordnung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Oberflächen des Objekts verschiedenste, zweckdienliche, rechnergesteuerte Reinigungsgeräte oder Säuberungsmechanismen integriert werden, die gezielt nach Maßgabe des Rechners verunreinigte Stellen der Oberflächen des Objekts säubern.

10. Anordnung nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Oberflächen oder in anderen Teilbereichen dieser Objekte Photovoltaik-Zellen integriert werden, die mit zur Energieversorgung des Objekts beitragen.

11. Anordnung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem erfindungsgemäß aufgebauten transparenten Objekt gleichzeitig die üblichen Displayertechniken zur Darstellung der Funktionszustände des Objekts integriert werden.

12. Anordnung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß Wandlerschichten, die nur Teilbereiche der transparenten Objektfläche bedecken, in oder auf dem transparenten Objekt definiert bewegt werden können.

13. Anordnung nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfindung zur großflächigen, rechnergesteuerten Werbe- und Informationsdarstellung genutzt werden kann.

14. Anordnung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfindung in Brillen, Linsen und optischen, lichtbrechenden Systemen eingesetzt wird.

15. Anordnung nach Anspruch 1-4, 6, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfindung zur Vermeidung von Blendungen oder zur Verhinderung der Spiegelwirkung in Spiegeln eingesetzt wird.

16. Anordnung nach Anspruch 1-7, 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfindung in therapeutischen und diagnostischen Bestrahlungsgeräten der Medizin (UVA-, UVB-, Infrarot-Strahler usw.) zur rechnergesteuerten Anpassung des Bestrahlungsfeldes an die Objektfläche, zur Änderung der Intensität und Qualität dieser Strahlen genutzt wird.

17. Anordnung nach Anspruch 1-7, 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfindung in der Beleuchtungstechnik (Film, TV, Fotographie usw.) genutzt wird.

18. Anordnung nach Anspruch 1-7, 10-12, 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfindung zur rechnergesteuerten Manipulation des durch optoelektronische Wandler beeinflußbaren elektromagnetischen Wellenspektrums genutzt werden kann.