ES2308773T3 - Filtro electrooptico. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN FILTRO ELECTROOPTICO (22) USADO HABITUALMENTE EN UNA CAMARA DE VIDEO O DE FOTO-FIJA (10). LA CAMARA (10) ESTA PROVISTA DE UNA LENTE (14) QUE ENFOCA UNA IMAGEN DEL SUJETO (12) EN EL PLANO FOCAL (16) DE LA CAMARA (10). SE COLOCA UN SOPORTE DE GRABACION EN EL PLANO FOCAL (16). LA LUZ EMITIDA O REFLEJADA POR EL SUJETO (12) SIGUE UN CAMINO (20) A TRAVES DE LA LENTE (14) HASTA EL PLANO FOCAL (16). EN EL CAMINO (20) ENTRE EL SUJETO (12) Y EL PLANO FOCAL SE INTERPONE EL FILTRO ELECTROOPTICO (22), QUE COMPRENDE UNA MATRIZ DE CELULAS INDEPENDIENTES (24) SOBRE LAS QUE INCIDEN LAS DIFERENTES PARTES DE LA IMAGEN DEL SUJETO. CADA CELULA TIENE UNA TRANSMISIBILIDAD QUE DEPENDE DE LA INTENSIDAD DE LA PARTE INCIDENTE DE LA IMAGEN DEL SUJETO, DE FORMA QUE CADA UNA DE DICHAS PARTES ES FILTRADA INDEPENDIENTEMENTE POR LA CELULA (24) SOBRE LA QUE INCIDE. LA IMAGEN FILTRADA ESTA COMPUESTA POR LAS DIFERENTES PARTES FILTRADAS Y SE PUEDE CAPTAR O VISUALIZAR EN EL PLANO FOCAL (16).

Description

Filtro electroóptico.

Sector de la invención

La presente invención se refiere a un filtro electroóptico para un dispositivo de captación o visualización de imágenes y, en particular, pero no exclusivamente, a un filtro electroóptico para modificar el intervalo de contraste de la luz que emana de un individuo antes de captar o visualizar una imagen de dicho individuo.

Antecedentes de la invención

Existen muchas razones por las que es deseable tener la capacidad para controlar las características de contraste de una imagen de individuo en el momento de la captación de la misma, tanto a un nivel técnico como estético. Ha habido muchos intentos para controlar o modular las características de contraste de una imagen de individuo en directo durante la captación de imágenes en un dispositivo de registro. Se han descrito filtros de cristal líquido para modular la imagen de individuo a fin de reducir el contraste y mejorar la calidad de la captación, por ejemplo, en los documentos JP 2-1832 (MATSUSHITA) y GB 2.255.465 (SONY). Estas patentes describen el direccionamiento de señales multiplexadas de una matriz de filtrado, y se centran en gran medida en la utilización de un prisma divisor de haz o espejo parcial que dirige una imagen de individuo de muestra sobre una agrupación de sensores independiente para captar una señal de excitación.

Aunque dichos documentos proponen un sistema eficaz de modulación de contraste para una cámara, los sistemas descritos en estas patentes de la técnica anterior tienen varias limitaciones prácticas. Por ejemplo, la utilización de divisores de haz o espejos parciales limita la cantidad de luz que puede alcanzar un soporte de registro o visualización. Adicionalmente, como los sensores actúan sólo gracias a la porción de la luz reflejada en el prisma o espejo parcial, en lugar de gracias a toda la cantidad de luz disponible, se reduce la sensibilidad y exactitud del sistema global. Otras desventajas adicionales son el volumen, el requisito de voltaje y los gastos totales de estos sistemas.

Como consecuencia de las desventajas anteriores, hasta el día de hoy, los sistemas como a los que se ha hecho referencia anteriormente no parecen haber ganado ni aceptación comercial ni amplia utilización práctica.

El documento GB 2.255.465 describe un aparato de captación de imágenes que incluye un sensor de imagen para producir señales de imagen que tienen valores de señal representativos de la intensidad de radiación que incide en posiciones respectivas del sensor. Las señales se suministran a un detector de umbral, que proporciona una salida a unos medios de control que se pueden usar para controlar un filtro programable a fin de ajustar su transmisibilidad.

Un objeto de la presente invención es dar a conocer un filtro electroóptico para filtrar una imagen antes de su captación o visualización, que es pequeño, compacto y fácil de fabricar con un bajo coste.

Según un primer aspecto de la presente invención, se da a conocer un filtro electroóptico como se define por la reivindicación 1.

Preferiblemente, cada celda comprende un cuerpo de material de cristal líquido y un circuito excitador para proporcionar un campo eléctrico en dicho cuerpo de material de cristal líquido a fin de controlar la alineación molecular de dicho material de cristal líquido, siendo la resistencia de dicho campo eléctrico directamente dependiente de la intensidad de la porción de dicha imagen de individuo que incide en esa celda.

Preferiblemente, dicho circuito excitador incluye un primer componente con una característica eléctrica que es variable en respuesta a la intensidad de la porción de dicha imagen de individuo que incide en el mismo para controlar la resistencia de dicho campo eléctrico.

Preferiblemente, dicha característica eléctrica es la impedancia de dicho primer componente.

Preferiblemente, dicho circuito excitador incluye un segundo componente conectado con dicho primer componente para formar un circuito divisor en el que dicho campo eléctrico está generado desde un punto entre dichos primer y segundo componentes.

Preferiblemente, dicho segundo componente es de impedancia fija.

Preferiblemente, dicho primer componente está fabricado con un material que tiene una impedancia variable en respuesta a la intensidad de la radiación electromagnética que incide en el mismo.

Preferiblemente, dicho material está configurado en una trayectoria contorneada, o en una trayectoria con otra configuración.

Preferiblemente, dicho circuito divisor es un circuito divisor de voltaje que divide un voltaje de alimentación de celda entre dichos primer y segundo componentes para proporcionar dicho campo eléctrico.

Preferiblemente, dicho voltaje de alimentación es común a la totalidad de dichas celdas.

Para proporcionar un control de sensibilidad, es preferible que el voltaje de alimentación sea variable.

Preferiblemente, cada uno de dichos componentes con características eléctricas variables está situado en una zona central de su celda respectiva. Sin embargo, en una realización alternativa, dichos componentes con características eléctricas variables pueden estar situados en la periferia de su celda correspondiente o adyacentes a la misma.

Preferiblemente, cada celda está limitada y separada por una matriz de trayectorias eléctricamente conductoras y aislantes, suministrando dichas trayectorias conductoras energía a dichas celdas. En una realización, dichas celdas están limitadas y separadas por una matriz de trayectorias eléctricamente conductoras y aislantes, suministrando dichas trayectorias conductoras energía a dichas celdas, y cada uno de dichos componentes con características eléctricas variables está dispuesto en una de dichas trayectorias o adyacente a la misma.

Para que la matriz de trayectorias sobre dicho filtro no esté claramente definida en el plano focal, es preferible que dicho filtro esté desplazado respecto a dicho plano focal una distancia tal que la matriz de trayectorias esté desenfocada en el plano focal. A este respecto, en una realización, puede ser ventajoso que el filtro óptico comprenda además unos medios de carro para soportar dicha matriz de celdas y modificar la distancia de dicha matriz de celdas desde dicho plano focal. Además, los medios de carro pueden estar adaptados para modificar dicha distancia dependiendo de la distancia focal de una lente colocada en dicha trayectoria óptica delante de dicha matriz de celdas. Alternativamente, o además de ello, los medios de carro pueden estar adaptados además para modificar dicha distancia dependiendo del tamaño de una abertura de un diafragma colocado en dicha trayectoria óptica delante de dicha matriz de celdas.

Preferiblemente, dicho filtro óptico comprende además medios de control de densidad para controlar la densidad de dicha imagen de individuo que pasa a través de dicha matriz de celdas.

Preferiblemente, dichos medios de control de densidad comprenden un par de filtros polarizadores dispuestos a cada lado de dicha matriz de celdas y en dicha trayectoria óptica, en los que el plano de polarización de uno de dichos filtros polarizadores se puede modificar con relación al plano de polarización de dicho otro filtro polarizador.

En una realización, dicho primer filtro polarizador puede rotar con relación a dicho segundo filtro polarizador, por lo que el control de densidad se puede conseguir haciendo girar dicho primer filtro polarizador con relación a dicho segundo filtro polarizador.

En una realización alternativa, uno de dichos primer y segundo filtros polarizadores comprende un polarizador de cristal líquido eléctricamente controlado, por lo que el grado de polarización alcanzado puede ser ajustado variablemente por la regulación de la resistencia de un campo eléctrico aplicado.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se da a conocer un dispositivo de captación o visualización de imágenes para captar o visualizar una imagen de un individuo, comprendiendo dicho dispositivo medios para soportar dicho filtro óptico en una trayectoria óptica entre un individuo, cuya imagen se ha de captar o visualizar por dicho dispositivo o a través del mismo, y el plano focal de ese dispositivo, o para ese dispositivo, estando dicho filtro óptico de acuerdo con el primer aspecto de la invención descrito anteriormente.

Preferiblemente, dicho dispositivo de captación o visualización de imágenes tiene la forma de una cámara y comprende un medio de captación de imágenes dispuesto en dicho plano focal de dicho dispositivo.

Ventajosamente, cuando dicho filtro óptico está realizado dentro de un dispositivo de captación o visualización de imágenes, dicho carro está adaptado adicionalmente para desplazar selectivamente dicha matriz de celdas hacia dentro y hacia fuera de dicha trayectoria óptica.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán a continuación, sólo a modo de ejemplo, realizaciones de la presente invención, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 es una representación de un dispositivo de captación de imágenes que incorpora la primera realización de un filtro electroóptico de acuerdo con la presente invención;

la figura 2 es una vista en sección transversal del filtro electroóptico mostrado en la figura 1;

la figura 3 es una representación esquemática de una celda del filtro electroóptico mostrado en las figuras 1 y 2;

la figura 4 es una representación del diagrama de circuito del circuito de celdas para la celda mostrada en la figura 3;

la figura 5 es una vista en sección transversal de unos medios de control de densidad de una segunda realización del filtro electroóptico mostrado en las figuras 1 a 3;

la figura 6 es una vista, con las piezas desmontadas, de un filtro electroóptico que incorpora los medios de control de densidad mostrados en la figura 5;

la figura 7 es una representación esquemática de una segunda realización de un dispositivo de captación de imágenes que incorpora el filtro electroóptico de acuerdo con la presente invención; y

la figura 8 es un diagrama de bloques de un circuito de celdas alternativo.

Descripción detallada de realizaciones preferentes

La figura 1 ilustra un dispositivo de captación de imágenes en forma de una cámara 10 para captar la imagen de un individuo 12. La cámara 10 está dotada de una lente 14 para enfocar una imagen del individuo 12 sobre un plano focal 16 de la cámara 10. Un diafragma 18 está dispuesto dentro de la cámara 10 entre la lente 14 y el plano focal 16. Típicamente, un soporte de registro, tal como una película fotográfica, está colocado en el plano focal 16. La luz que emana del individuo 12 o que se refleja desde el mismo se desplaza en la trayectoria óptica 20 a través de la lente 14, el diafragma 18 y sobre el plano focal 16. El filtro electroóptico 22 está situado en la trayectoria óptica 20 entre el individuo 12 y el plano focal 16.

Como se describe con mayor detalle en lo que sigue, el filtro electroóptico 22 comprende una matriz de celdas independientes 24 en las que inciden las porciones respectivas de la imagen de individuo, teniendo cada celda una transmisibilidad dependiente de la intensidad de la porción de la imagen incidente del individuo, de manera que cada porción de la imagen de individuo es filtrada independientemente por la celda 24 en la que incide, y una imagen filtrada de individuo, que comprende el conjunto de porciones filtradas de la imagen de individuo, se puede captar o visualizar en el plano focal 16.

El filtro electroóptico 22 incluye también un dispositivo de control de densidad en forma de primer y segundo filtros polarizadores 26 y 28, respectivamente. El primer filtro 26 puede rotar con relación al segundo filtro 28. Los filtros polarizadores 26 y 28 están situados en la trayectoria óptica 20 y están separados por la matriz de celdas 24.

La figura 2 ilustra el filtro electroóptico 22 en sección transversal. El filtro electroóptico 22 es un filtro activo en forma de un relé óptico de cristal líquido directamente fotodireccionado. El filtro 22 está construido como un dispositivo predominantemente transmisor, por lo que la imagen de individuo en la trayectoria óptica 20 pasa a su través para alcanzar el plano focal 16.

El filtro 22 incluye un sustrato de vidrio transparente 30 que se ha fabricado, sobre su superficie más cercana al plano focal 16, con una capa de circuito integrado 32. La capa de circuito integrado 32 tiene la forma de una matriz bidimensional de circuitos de celdas que cada uno tiene un fotosensor, una circuitería excitadora, un electrodo de cristal líquido y unos carriles de suministro de voltaje.

En el otro lado de la capa de circuito integrado 32 se encuentra un cuerpo o volumen de material de cristal líquido 36 intercalado entre capas de alineación de cristal líquido 34 y 38. El cometido y la función de las capas de alineación 34 y 38 son bien conocidos en la técnica y, por lo tanto, no se describen con detalle en esta memoria. En esta realización, se prefiere que el cuerpo de cristal líquido comprenda una composición de cristal líquido nemático helicoidal que haga, por lo tanto, que las capas de alineación 34 y 38 sean mutuamente perpendiculares, como se muestra en la figura 5.

Un sustrato de vidrio transparente 42, que tiene un electrodo transparente 40 formado sobre la superficie distante del plano focal 16, está en un lado opuesto de la capa de alineación 38. El segundo filtro polarizador 28 está formado como una película depositada en el lado opuesto del sustrato de vidrio 42.

La figura 3 representa esquemáticamente una de las celdas 24 en la matriz de celdas y su circuito excitador 57, cuyas partes están dispuestas en la capa de circuito integrado 32. Cada circuito excitador 57 incluye trayectorias conductoras 44 y 46 que funcionan como carriles de voltaje de alimentación para celdas 24 respectivas del filtro electroóptico 22. Las celdas 24 adyacentes están separadas por trayectorias eléctricamente no conductoras o aislantes 48. En cada circuito excitador 57, el carril 44 está dotado de una derivación 50 que se extiende hasta un primer componente eléctrico en forma de fotodetector 52 dispuesto centralmente dentro de cada celda 24. Típicamente, el fotodetector 52 está fabricado con un material de sulfuro de cadmio que tiene una resistencia dependiente de la intensidad de luz que incide en el mismo. El fotodetector 52 actúa como una compuerta de voltaje entre el carril 44 y el primer electrodo de cristal líquido 54.

La figura 4 ilustra el circuito de suministro de voltaje 55 para el filtro 22, junto con el circuito excitador 57 para dos de las celdas 24. El circuito de suministro de voltaje comprende un inversor Schmitt 59 conectado como un oscilador libre y produce una salida de onda cuadrada S aproximadamente a 100 Hz. La frecuencia de oscilación está ajustada por los valores de la resistencia R y el condensador C. La salida desde el inversor 59 es alimentado a otro inversor 61 que produce una onda cuadrada inversa Si. De esta manera, el circuito de suministro de voltaje 55 produce dos ondas cuadradas S y Si en contrafase que se utilizan para alimentar cada celda 24 y su circuito excitador 57. La amplitud de las ondas cuadradas S y Si depende del voltaje de alimentación Vs aplicado a los inversores 59 y 61.

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Cada circuito excitador 57 comprende un fotodetector 52 conectado en serie con su volumen asociado de material de cristal líquido. El circuito equivalente de ese volumen de material de cristal líquido se puede considerar como un segundo componente 63 constituido por de la combinación en paralelo de una resistencia 65 y un condensador 67. De esta manera, cada circuito excitador 57 comprende, en efecto, un circuito divisor de voltaje. Ya que el fotodetector 52 tiene una resistencia que depende de la intensidad de la porción de la imagen de individuo que incide en el mismo, las variaciones de la intensidad de esa porción de la imagen de individuo alterarán la amplitud del voltaje de excitación V de onda cuadrada, en el nudo de los componentes 52 y 63, que se aplica en ese volumen de material de cristal líquido. Por consiguiente, las propiedades ópticas y, en particular, la transmisibilidad de la celda 24 se modifican en respuesta a la intensidad de la porción de la imagen de individuo que incide en el fotodetector 52 de esa celda. Además, la sensibilidad de cada celda 24 a la intensidad de la imagen de individuo depende de la amplitud del voltaje de excitación de onda cuadrada, S y Si. De esta manera, la sensibilidad de la celda 24 puede ser alterada modificando el voltaje de alimentación Vs a los inversores 59 y 61.

El electrodo transparente 40 es común a cada celda 24 y está en conexión eléctrica con el carril de voltaje 46. Por lo tanto, la resistencia del campo eléctrico aplicado en el material de cristal líquido 36 en cualquier celda 24 depende de la diferencia entre el voltaje V y el que hay en el carril de suministro 46.

Los carriles de suministro de voltaje 44, 46, la derivación 50 y el electrodo de cristal líquido 54 son, todos, parte de la capa de circuito integrado 34 y pueden estar formados por deposición en fase vapor de metal de óxido de indio y estaño.

Cada celda 24 comprende entonces un circuito excitador 57, un volumen del material de cristal líquido 36 que está debajo de esa celda y una porción subyacente adicional de electrodo 40. El material de cristal líquido 36 tiene la forma de un cuerpo único. No es necesario proporcionar cuerpos individuales e independientes de material de cristal líquido a cada celda 24.

Por la regulación del voltaje de alimentación Vs, un operario de la cámara 10 puede determinar qué zonas de luminancia en la imagen de individuo se han de hacer que se activen en cada celda 24. Se presenta activación cuando el voltaje V está a un nivel suficiente para proporcionar un campo eléctrico que haga girar las moléculas o el cristal líquido a partir de un estado no activado o de equilibrio. El voltaje de alimentación Vs puede ser ajustado o modificado mediante un mando externo 56 colocado en el exterior de la cámara 10. De esta manera, el operario de la cámara puede ajustar el voltaje V para conseguir diferentes niveles a los que la luz que incide sobre el fotodetector 52 de cualquier celda 24 haga que se active el material de cristal líquido de esa celda. La activación de celdas en zonas de luminancia de la imagen de individuo se puede conseguir ajustando el mando 56 para lograr un aumento eficaz en el voltaje de alimentación Vs. La variación del voltaje de alimentación Vs proporciona, de esta manera, una compresión o expansión de contraste del control de sensibilidad para el filtro electroóptico 22.

El nivel de suministro de voltaje Vs puede estar ajustado a una selección de valores predeterminados para conseguir la activación de celdas en zonas de brillo predeterminadas de la imagen de individuo. De este modo, la cámara 10 puede estar preajustada para enmascarar áreas de brillo por encima o por debajo de un valor predeterminado a fin de reducir o expandir, respectivamente, la gama de contraste de un individuo 12 a un intervalo predeterminado.

Como se ha descrito anteriormente, se prevén medios de control de densidad para determinar la cantidad de reducción de luz a través de las celdas en las que está activado el cristal líquido. El control de densidad se puede conseguir por rotación del primer filtro polarizador 26 con relación al segundo filtro polarizador 28. El operario de la cámara 10 puede realizar estos ajustes haciendo girar físicamente el primer polarizador 26. Cuando el polarizador 26 está orientado perpendicular al polarizador 28, se proporciona una respuesta negativa de densidad máxima a través de las celdas 24. Cuando se hace girar el filtro polarizador 26 para que sea paralelo con el filtro polarizador 28, se proporciona una respuesta positiva de densidad máxima a través de las celdas 24. El primer filtro polarizador 26 puede estar dotado de un control de rotación ilimitada o, alternativamente, dotado de ajustes entallados en posiciones que representan densidades, de máxima a mínima. Los ajustes pueden estar, como referencia, sobre un montaje de portacristal del primer filtro polarizador 26 giratorio en forma de cantidades de reducción de luz en "f topes" en áreas completamente activadas de las celdas 24.

Una estructura alternativa para el segundo filtro polarizador 28 se muestra en las figuras 5 y 6. En esta realización, el filtro polarizador 28 comprende: un sustrato de vidrio 42, un electrodo 60, una capa de alineación de cristal líquido 62, un material de cristal líquido 64, una capa de alineación de cristal líquido 66, un electrodo 68 y un sustrato de vidrio 70. Las capas de alineación 62 y 66 están orientadas en la misma dirección y son perpendiculares al ángulo de polarización del primer filtro polarizador 26. Los electrodos 60 y 68 están fabricados con películas eléctricamente conductoras y transparentes. Se aplica un voltaje a los electrodos 60 y 68 para crear un campo eléctrico en el material de cristal líquido 64. Al permitir variaciones del voltaje aplicado, se puede modificar el grado de alineación molecular en las moléculas del material de cristal líquido 64. Sin voltaje aplicado, o con un voltaje por debajo de un nivel umbral máximo, el material de cristal líquido actúa como un polarizador con un ángulo de polarización perpendicular al ángulo del primer filtro polarizador 26. De esta manera, se produce un efecto polarizador total máximo por la combinación de los filtros 26 y 28, lo que proporciona una densidad máxima a las celdas activadas 24. Con voltaje máximo aplicado en los electrodos 60 y 68, se vuelven a alinear las moléculas de cristal líquido, permitiendo por ello transmisión máxima de luz. Modificando el voltaje entre estos dos extremos, se consigue un control de densidad eléctricamente variable en el filtro electroóptico 22.

Se sabe que la distancia focal de un dispositivo de captación de imágenes, tal como una cámara 10, depende de la distancia focal de la lente 14. Para asegurar que la matriz de trayectorias 44, 46, 48 y 50, así como cualquier imagen del fotodetector 52, se mantiene desenfocada en el plano focal 16, el filtro óptico 22 puede estar también dotado de unos medios de carro 74 para soportar la matriz de celdas 24 y permitir que la posición de la matriz de celdas 24 sea modificada con relación al plano focal 16. Esto se puede conseguir de muchos modos diferentes. Un modo, como se ilustra en la figura 1, es disponer un carril 76 dentro del cuerpo de la cámara 10 sobre el que puede deslizar un carro 78 que soporta la matriz de celdas 24. La posición del carro 78 a lo largo del carril 76 puede ser desplazada por medio de un motor eléctrico (no mostrado). El motor eléctrico del carro 78 puede estar controlado para permitir un movimiento continuo del carro a lo largo del carril 76, que se puede detener según se desee, o para permitir alternativamente un movimiento sólo hasta posiciones seleccionadas a lo largo del carril 76, dependiendo de la distancia focal de la lente 14. Si se desea no usar el filtro electroóptico 22, el carro 78 puede estar controlado también para quitar de golpe de la trayectoria óptica 20 la matriz de celdas 24. Esto se puede hacer de manera similar a como ya se consigue en cámaras SLR existentes, en las que los espejos son desplazados hacia dentro y hacia fuera de la trayectoria óptica.

Además de permitir el movimiento de la matriz de celdas 22, dependiendo de la distancia focal de la lente 14, la posición se puede modificar también de acuerdo con la abertura del diafragma 18. Esto se puede conseguir simplemente por medio de un circuito electrónico adicional (no mostrado) que detecta el ajuste del diafragma y, de acuerdo con ello, activa el motor del carro 78 para desplazar la matriz de celdas 24 hasta una posición predeterminada.

Para permitir que un fotógrafo visualice el efecto del filtro electroóptico 22 antes de hacer una fotografía, una cámara 10' como se muestra en la figura 7 puede estar dotada de un segundo filtro electroóptico 22' en una trayectoria óptica de un visor 80 de la cámara 10'. El segundo filtro electroóptico 22' es de la misma configuración y está dotado del mismo control que el primer filtro electroóptico 22. Además, el visor 80 está dotado de una lente 14' con características idénticas o sustancialmente similares a la lente 14. En el plano focal del visor 80 se ha dispuesto una pantalla 82 en la que se enfoca la imagen de individuo. De modo similar, cuando el filtro 22 está instalado en una videocámara
convencional, el efecto del filtro 22 sobre el individuo se puede previsualizar mediante el visor de la videocámara.

El funcionamiento del filtro electroóptico 22 se describirá a continuación con referencia a su aplicación en la cámara 10.

El filtro 22 está dispuesto en la trayectoria óptica 20 entre el individuo 12 y el plano focal 16 de la cámara. La imagen de individuo pasa inicialmente a través del primer filtro polarizador 26, la lente 14, y el diafragma 18, antes de incidir en el sustrato de vidrio 30. Las porciones respectivas de la imagen de individuo inciden entonces en cada celda 24. El voltaje V producido para cada celda 24 depende de la intensidad de la parte de la porción de la imagen de individuo que incide en el fotosensor 52 de esa celda 24. Si la intensidad de esa parte de la imagen de individuo es suficientemente alta, la resistencia del fotosensor 52 se reducirá hasta un nivel en el que el voltaje V excede el nivel umbral requerido para hacer que se active el material de cristal líquido limitado en el área entre los electrodos 54 y 40 de esa celda. El nivel umbral se puede cambiar haciendo girar el mando 56 que modifica el voltaje de alimentación a la celda. Dependiendo del grado de activación del cristal líquido, se hace que el ángulo de polarización de la porción de imagen de individuo que pasa a través del material de cristal líquido 36 de esa celda 24 gire al modificar los grados. La cantidad de la porción de imagen de individuo que incide inicialmente en una celda 24, que alcanza realmente el plano focal 16, es dependiente entonces del ángulo relativo de polarización de las porciones de imagen de individuo que pasan a través del sustrato de vidrio 62 y del ángulo de polarización del segundo filtro polarizador 28.

De esta manera, si una imagen de individuo comprende una escena que incluye detalles en sombras y detalles en luz indirecta, el voltaje de alimentación puede ser ajustado a un nivel en el que las porciones de imagen de individuo desde las zonas de luz directa hacen que se active el material de cristal líquido en las celdas sobre las que inciden. Esto proporcionará un área oscurecida que filtrará la luz directa. El grado de filtrado puede ser ajustado también utilizando los medios de control de densidad. Es decir, haciendo girar el filtro polarizador 26 con relación al filtro polarizador 28 o, para la realización mostrada en las figuras 4 y 5, ajustando el voltaje de alimentación entre los electrodos 60 y 68.

Las áreas de tonos intermedios entre sombra y luz directa se pueden filtrar ajustando el voltaje de alimentación para regular el nivel umbral, de manera que las porciones de la imagen de individuo en el área de tonos intermedios pueden activar el material de cristal líquido dentro de las respectivas celdas 24 del filtro electroóptico 22.

De esta manera, el filtro electroóptico 22 puede funcionar como un filtro de enmascaramiento activo para enmascarar selectivamente áreas resaltadas de una imagen de individuo cuando se visualiza o se fotografía al individuo. Las zonas de luminancia específicas que están enmascaradas se pueden modificar por la regulación del voltaje de alimentación usando el mando 56. Adicionalmente, la densidad del efecto de enmascaramiento se puede modificar también por la regulación del ángulo relativo del primer filtro polarizador 26, o en el caso de la realización mostrada en las figuras 5 y 6, por la regulación del campo eléctrico aplicado en el cuerpo de cristal líquido 64.

A partir de la descripción, será evidente que un filtro óptico de acuerdo con la presente invención tiene numerosas ventajas sobre la técnica anterior. El filtro electroóptico está direccionado directamente por la propia imagen de individuo y todos los componentes electrónicos activos están integrados y configurados sobre el filtro para estar directamente en la trayectoria óptica de la imagen de individuo y, en consecuencia, no hay necesidad de dividir el haz y/o direccionar la señal multiplexada. Además, no hay necesidad de superponer una imagen filtrada con la imagen de individuo, como consecuencia del direccionamiento óptico directo de la imagen de individuo.

Se deduce de lo anterior que existe un número significativamente más pequeño de componentes requeridos en realizaciones de la presente invención para producir una modulación de contraste o un filtrado de enmascaramiento en tiempo real, al hacer innecesaria toda circuitería de generación de señales multiplexadas requerida en la técnica anterior. Sin necesidad de un conjunto de componentes de direccionamiento de señales, se pueden usar fuentes de alimentación más pequeñas, haciendo por ello que las realizaciones de la presente invención sean prácticas para su aplicación como una instalación de control de contraste en pequeños dispositivos de captación y visualización de imágenes, tales como cámaras, videocámaras, prismáticos, etc. Además, como el filtro electroóptico está direccionado ópticamente, permite que se modifique de manera sencilla la posición del filtro en la trayectoria óptica, sin problemas de alineación óptica asociados con los dispositivos de la técnica anterior. La regulación de la posición de la trayectoria óptica es necesaria para compensar los ángulos de convergencia de la luz del individuo, que varían dependiendo de los ajustes del diafragma y las variaciones de la distancia focal de una lente.

Ahora que se ha descrito con detalle una realización de la invención, será también evidente que se pueden hacer numerosas modificaciones y variaciones sin salirse de los conceptos inventivos básicos. Por ejemplo, los medios de carro 74 se ilustran en la figura 1 como que están conectados con la cámara 10. Sin embargo, en una forma alternativa, los medios de carro 74 pueden estar formados a fin de poder ser conectados con una gama de lentes para la cámara, de manera que el filtro 22, junto con los medios de carro 74, se pueden acoplar con una lente y readaptar entonces a una cámara 10. Si se desea cambiar la lente por otra de distancia focal diferente, los medios del carro 74 se pueden desconectar entonces de esa lente y fijar a otra lente.

Además, el circuito de celdas para cada celda 24 se muestra como que tiene la forma de un divisor de voltaje de resistencia básica. Sin embargo, se pueden utilizar, por supuesto, otros tipos de circuitos que usan componentes diferentes que consiguen el mismo efecto. El único requisito del circuito es que proporcione un voltaje variable que sea dependiente de la intensidad de la imagen de individuo que incide en un componente fotosensible del circuito. De esta manera, se pueden utilizar también, para conseguir el mismo efecto, circuitos con condensadores variables, fotodiodos y/o transistores y fototransistores de película delgada.

Un ejemplo de una configuración alternativa del circuito de celdas para cada celda 24 se muestra en la figura 8. En esta realización, el fotodetector tiene la forma de un circuito basado en fototransistores 84, en lugar de una resistencia fotodependiente 52 como se muestra en la realización de la figura 4. El circuito basado en fototransistores 84 consigue un voltaje de salida 86 proporcional a la intensidad de una porción de imagen de individuo que incide en el mismo. El voltaje de salida 86 se aplica a un amplificador controlado por voltaje 88 que, bajo control del voltaje 90, puede tener una ganancia o pérdida total. El voltaje de control 90 se obtiene de un amplificador compensador 92 que tiene, como una entrada, un voltaje de control de ganancia Vg ajustable por el usuario. El valor absoluto del voltaje de control de ganancia Vg determina la ganancia o pérdida total del amplificador controlado por voltaje 88 y, de esta manera, una magnitud del voltaje que aparece en su salida 94. El voltaje en la salida 94 es alimentado entonces a un circuito de excitación de cristal líquido 96 que, con referencia a la realización de la figura 4, produce un voltaje de salida V que se aplica en el cristal líquido de esa celda.

Todos los bloques de componentes independientes de este circuito de celdas, a saber, el circuito basado en fototransistores 84, el amplificador controlado por voltaje 88, el compensador 92 y el circuito excitador de cristal líquido 94 pueden ser alimentados por un circuito de alimentación, similar al circuito de alimentación 55 mostrado en la figura 4, a excepción de que el voltaje de alimentación Vs y, de esta manera, los voltajes de excitación de onda cuadrada S y Si son de una amplitud fija. Un control de sensibilidad, que es similar, en efecto, al conseguido por el voltaje de alimentación Vs ajustable en la realización de la figura 4, se consigue por vía del voltaje variable de control de ganancia Vg en el circuito de celdas de la figura 8. El voltaje de control de ganancia Vg puede ser ajustado de manera idéntica al voltaje de alimentación Vs, es decir, mediante un mando 56 accesible para el usuario, que puede controlar, típicamente, un potenciómetro acoplado con una batería para proporcionar un voltaje variable.

Se prevé que el circuito de celdas de la figura 8 esté formado y construido físicamente sobre el sustrato 30 en la capa de circuito 32. Esto se puede conseguir usando tecnologías de "silicio sobre vidrio" o de "silicio sobre zafiro". Estas tecnologías son bien conocidas y, por lo tanto, no se describirán con gran detalle, siendo suficiente decir que, en ambos casos, están implicadas varias etapas de tratamiento, tales como deposición química en fase vapor, oxidación térmica, dopado de impurezas, grabado fotorresistente. Se prefiere la tecnología de "silicio sobre zafiro", ya que la fabricación es a temperaturas mayores que con la tecnología de "silicio sobre vidrio" y, en consecuencia, se pueden formar componentes de circuito de mayor calidad, tales como transistores. No obstante, la tecnología de "silicio sobre vidrio" es una opción viable.

El circuito de celdas de la figura 8 puede estar constituido a partir de cualquier tecnología de circuitos integrados de silicio adecuada y conocida, tal como de tipo mMOS, pMOS, cMOS, tecnología bipolar o biCMOS. Sin embargo, se prefiere que el circuito de la figura 8 esté fabricado con nMOS, a partir de tecnología de 2,5 micrómetros.

Aunque el filtro óptico se ha descrito con referencia a su utilización en una cámara fotográfica 10, se puede usar, por supuesto, en otros dispositivos ópticos utilizados en visualización o captación de imágenes, tales como videocámaras, microscopios, telescopios, prismáticos, o como una corrección enmascaradora de posproducción para detalles de contraste en máquinas ampliadoras fotográficas.

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Aún en otra aplicación, el filtro 22 puede estar integrado con un obturador mecánico o de tipo LCD para proporcionar un obturador de modulación del contraste. Además, el filtro 22 puede estar dispuesto en capas adicionales de integración que recubren una agrupación de sensores de un dispositivo de carga acoplada. Adicionalmente, el filtro 22 puede estar situado en el plano focal de un dispositivo de captación de imágenes, en contacto con un soporte de registro.

Además, aunque está implícito que el fotodetector 52 es sensible al espectro visible, existen muchos fotodetectores sensibles a otros tramos del espectro electromagnético que se pueden usar para proporcionar efectos diferentes para permitir la visualización de radiación no visible. Cuando el fotodetector es de un material sensible al infrarrojo que responde a la zona infrarroja del espectro electromagnético, entonces, el filtro 22 puede proporcionar una respuesta visible o una imagen de un objeto que radia una radiación infrarroja. En dicha realización, el filtro 22 puede tener aplicación como un dispositivo de visión nocturna. Un dispositivo de observación de imágenes infrarrojas, cuando está dotado de una fuente retroiluminada que contiene luz no infrarroja, permitirá la observación del individuo infrarrojo como una imagen visible de cristal líquido en el plano focal. En esta aplicación, el filtro 22 tiene un convertidor de espectro no visible para un dispositivo de captación de imágenes, pudiéndose realizar una imagen registrada al situar el filtro en el plano focal con un soporte de registro dispuesto en el plano focal y una fuente de luz dentro de la cámara accionada para proporcionar una impresión con exposición de contacto de la imagen que aparece en el material de cristal líquido del filtro 22 sobre el soporte de registro.

Todas las modificaciones y variaciones citadas se consideran que están dentro del alcance de la presente invención, que se debe determinar a partir de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (23)

1. Filtro electroóptico (22) para situarlo entre un individuo (12) y un plano focal (16) en una trayectoria óptica (20) de un dispositivo (10) a fin de captar o visualizar una imagen de dicho individuo (12), teniendo dicho filtro (22) una matriz de celdas (24) y teniendo cada celda (24) una transmisibilidad óptica independientemente variable que varía en respuesta a la intensidad de porciones respectivas de la imagen de individuo que incide en esa celda, estando caracterizado dicho filtro (22) porque cada celda (24) incluye un circuito de control dentro de la celda, comprendiendo el circuito de control un primer componente para producir un primer voltaje que depende de la intensidad de la porción de dicha imagen que incide en la misma, pudiéndose hacer funcionar dicho circuito de control para controlar la transmisibilidad óptica variable, dependiendo de una diferencia entre dicho primer voltaje y un voltaje de alimentación (VS) aplicado a cada una de dichas celdas (24).

2. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 1, en el que cada celda (24) comprende un cuerpo de material de cristal líquido (36) y un circuito excitador (57) para proporcionar un campo eléctrico en dicho cuerpo de material de cristal líquido (36) a fin de controlar la alineación molecular de dicho material de cristal líquido, siendo la resistencia de dicho campo eléctrico directamente dependiente de dicha diferencia entre dicho primer voltaje y dicho voltaje de alimentación (VS).

3. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 2, en el que dicho circuito excitador incluye un primer componente (52) con una característica eléctrica que es variable en respuesta a la intensidad de la porción de dicha imagen de individuo que incide en el mismo para controlar la resistencia de dicho campo eléctrico.

4. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 3, en el que dicha característica eléctrica es la impedancia de dicho primer componente (52).

5. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 4, en el que dicho circuito excitador (57) comprende un segundo componente (63) conectado con dicho primer componente (52) para formar un circuito divisor (57) en el que dicho campo eléctrico está generado desde un punto (V) entre dicho primer componente (52) y dicho segundo componente (63).

6. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 5, en el que dicho segundo componente (63) es de impedancia fija.

7. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 3, en el que dicho circuito excitador (57) incluye un amplificador controlado por voltaje (88) que tiene dicho primer voltaje como una entrada y produce un voltaje de salida (94) que depende de dicho voltaje de alimentación (VS), y en el que la resistencia de dicho campo eléctrico es proporcional a dicho voltaje de salida.

8. Filtro electroóptico (22), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho voltaje de alimentación (VS) es común a la totalidad de dichas celdas (24).

9. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 8, en el que dicho voltaje de alimentación (VS) es ajustable.

10. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 9, en el que dichas celdas (24) están limitadas y separadas por una matriz de trayectorias eléctricamente conductoras (44, 46) y aislantes (48), suministrando dichas trayectorias conductoras (44, 46) energía a dichas celdas (24), y cada uno de dichos componentes (52) con características eléctricas variables está dispuesto dentro de una celda (24) respectiva, limitada por dichas trayectorias (44, 46, 48).

11. Filtro electroóptico (22), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende un carro (74) para soportar dicha matriz de celdas (24) y modificar la distancia de dicha matriz de celdas (24) desde dicho plano focal (16).

12. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 11, en el que dicho carro (74) está adaptado para modificar dicha distancia dependiendo de la distancia focal de una lente (14) colocada en dicha trayectoria óptica (20) delante de dicha matriz de celdas (24).

13. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 12, en el que dicho carro (74) está adaptado para modificar dicha distancia dependiendo del tamaño de una abertura de un diafragma (18) colocado en dicha trayectoria óptica (20) delante de dicha matriz de celdas (24).

14. Filtro electroóptico (22), según una de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende medios de control de densidad (26, 28) para controlar la densidad de dicha imagen de individuo (12) que pasa a través de dicha matriz de celdas (24).

15. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 14, en el que dichos medios de control de densidad (26, 28) comprenden un primer y segundo filtros polarizadores (26, 28) dispuestos a cada lado de dicha matriz de celdas (24) y en dicha trayectoria óptica (20), en el que el plano de polarización de uno de dichos filtros polarizadores (26) se puede modificar con relación al plano de polarización de dicho otro filtro polarizador (28).

16. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 15, en el que dicho primer filtro polarizador (26) puede rotar con relación a dicho segundo filtro polarizador (28), por lo que el control de densidad se puede conseguir haciendo girar dicho primer filtro polarizador (26) con relación a dicho segundo filtro polarizador (28).

17. Filtro electroóptico (22), según la reivindicación 16, en el que el segundo filtro polarizador (28) comprende un polarizador de cristal líquido controlable eléctricamente, por lo que el grado de polarización producido por dicho segundo filtro polarizador puede ser ajustado eléctricamente modificando la resistencia de un segundo campo eléctrico aplicado en dicho polarizador de cristal líquido.

18. Dispositivo (10) de captación o visualización de imágenes para captar una imagen de un individuo (12), estando caracterizado dicho dispositivo (10), que comprende un diafragma (18), por un filtro óptico (22), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, y por un medio de captación o visualización de imágenes dispuesto en un plano focal (16) de dicho dispositivo (10) de captación de imágenes.

19. Filtro (22), según la reivindicación 1, que comprende un electrodo delantero (32) que recubre un electrodo trasero (40), un cuerpo de material de cristal líquido (36) intercalado entre dichos electrodos delantero y trasero, y un circuito excitador (57) para proporcionar un campo eléctrico entre los electrodos delantero y trasero a fin de controlar la alineación molecular de cristales en el cuerpo de material de cristal líquido (36) y, de esta manera, la transmisibilidad de cada celda;

estando dicho circuito excitador (57) conectado eléctricamente a un carril (44) del voltaje de alimentación y teniendo un primer componente (52) con una característica eléctrica que varía en respuesta a la intensidad de la porción de la imagen de individuo que incide en el mismo, y teniendo un segundo componente (63) conectado eléctricamente al primer componente (52) para formar un circuito divisor, estando conectado el electrodo delantero (32) a un punto (V) entre el primer y segundo componentes, de manera que puede existir una diferencia de potencial entre los electrodos delantero (32) y trasero (40) dependiendo de la división de voltaje entre el primer (52) y segundo (63) componentes;

de manera que la imagen del individuo (12) es filtrada independientemente por la celda (24) en la que incide para producir una imagen de individuo filtrada que comprende el conjunto de dichas porciones filtradas de la imagen de individuo.

20. Filtro (22), según la reivindicación 19, en el que dicho segundo componente (63) es el cuerpo del material de cristal líquido (36) entre los electrodos delantero (32) y trasero (40).

21. Filtro (22), según la reivindicación 20, en el que dicho carril (44) de voltaje de alimentación proporciona un voltaje de alimentación común a la totalidad de dichas celdas (24).

22. Filtro (22), según la reivindicación 21, en el que dicho voltaje de alimentación es ajustable.

23. Filtro (22), según la reivindicación 22, en el que las celdas adyacentes a dichas celdas (24) están limitadas y separadas por una matriz de trayectorias eléctricamente conductoras (44, 46) y aislantes (48), y en el que dicha trayectoria conductora (44, 46) está constituida por dicho carril (44) de voltaje de alimentación.