RU2513659C1 - Adaptive protective light filter - Google Patents

Adaptive protective light filter Download PDF

Info

Publication number
RU2513659C1
RU2513659C1 RU2012134296/28A RU2012134296A RU2513659C1 RU 2513659 C1 RU2513659 C1 RU 2513659C1 RU 2012134296/28 A RU2012134296/28 A RU 2012134296/28A RU 2012134296 A RU2012134296 A RU 2012134296A RU 2513659 C1 RU2513659 C1 RU 2513659C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light modulator
light
binary
input
output
Prior art date
Application number
RU2012134296/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012134296A (en
Inventor
Василий Александрович ЕЖОВ
Владимир Сергеевич Маслов
Original Assignee
Василий Александрович ЕЖОВ
Владимир Сергеевич Маслов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Василий Александрович ЕЖОВ, Владимир Сергеевич Маслов filed Critical Василий Александрович ЕЖОВ
Priority to RU2012134296/28A priority Critical patent/RU2513659C1/en
Publication of RU2012134296A publication Critical patent/RU2012134296A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2513659C1 publication Critical patent/RU2513659C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: filter has a light modulator, a measuring photodetector and a processor unit whose output is connected to the control input of the light modulator. The measuring input of the processor unit is connected to the output of the measuring photodetector, the aperture of which is the control input of the device. The entrance aperture of the light modulator is the data input of the device and the exit aperture of the light modulator is the output of the device. The light modulator is binary. The working cycle of the device is broken down into working intervals, the duration of each of which is equal to the sum τ12, where τ1 and τ2 denote the time at which the binary light modulator is in the open and closed states, respectively. The ratio τ1/(τ12) determines average optical transmission over a working interval. The phase during which the binary light modulator is in closed state can vary within the working interval.
EFFECT: improved light protective properties due to that the phase of the closed state coincides with the phase of the emergence of interfering short light pulses while maintaining the average optical transmission of the modulator, which enables to preserve the function of adapting the device to the average light intensity value.
4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к светозащитным средствам для глаз или иных светочувствительных сенсоров и может быть использовано для обеспечения зрению человека нормальных условий наблюдения окружающей сцены и экранов информационных индикаторов и дисплеев при резких перепадах яркости сцены, например для соответствующей защиты зрения пилотов космических, авиационных, водных, наземных транспортных средств.The invention relates to light-protective means for eyes or other light-sensitive sensors and can be used to provide a person with normal vision for observing the surrounding scene and screens of information indicators and displays with sharp changes in scene brightness, for example, for the appropriate protection of the vision of pilots of space, aviation, water, ground transport funds.

Уровень техникиState of the art

Известен адаптивный светозащитный фильтр [1], содержащий аналоговый оптически управляемый модулятор света (ОУМС), включающий в себя примыкающие друг к другу слой фотополупроводника (ФП) и слой жидкого кристалла (ЖК), при этом первым и вторым электрическими входами ОУМС являются нанесенные с первой и второй внешних сторон слоев ФП и ЖК первый и второй слои прозрачного проводника, подключенные к внешнему источнику напряжения, входная апертура слоя ФП является одновременно информационным и управляющим входами устройства, выходом которого является выходная апертура слоя ЖК, сопряженная с входом защищаемого светочувствительного сенсора (с глазами наблюдателя).Known adaptive light protection filter [1], containing an analog optically controlled light modulator (OUMS), including adjacent to each other a layer of semiconductor (FP) and a layer of liquid crystal (LCD), while the first and second electrical inputs of the OUMS are deposited with the first and the second outer side of the layers of the FP and LCD, the first and second layers of the transparent conductor connected to an external voltage source, the input aperture of the FP layer is both information and control inputs of the device, the output of which is The output aperture of the LCD layer is conjugated to the input of the protected photosensitive sensor (with the eyes of the observer).

Аналоговый ОУМС характеризуется полутоновой (многоградационной) характеристикой оптического пропускания. Слои ФП и ЖК электрически соединены последовательно, и соотношение между их электрическими импедансами (комплексными сопротивлениями) определяет перераспределение напряжения внешнего источника между ними. Под действием энергии света меняется импеданс слоя ФП и соответственно меняется напряжение на ЖК слое. За счет электрооптических свойств ЖК слоя аналоговый ОУМС автоматически меняет величину своего оптического пропускания. Чем больше средняя интенсивность падающего со стороны сцены света, тем меньше оптическое пропускание ОУМС, тем самым на его выходе (на глазах) поддерживается постоянное значение интенсивности света. Аналогичной реакцией светозащитного фильтра на мешающие короткие интенсивные импульсы света, поступающие от сцены, обеспечивается их быстрая блокировка.An analog OUMS is characterized by a half-tone (multi-gradation) optical transmission characteristic. The FP and LC layers are electrically connected in series, and the ratio between their electrical impedances (complex resistances) determines the redistribution of the external source voltage between them. Under the influence of light energy, the impedance of the phase transition layer changes and, accordingly, the voltage on the LC layer changes. Due to the electro-optical properties of the LC layer, the analog OUMS automatically changes its optical transmittance. The higher the average intensity of the incident light from the side of the scene, the lower the optical transmittance of the OUMS, thereby maintaining a constant value of the light intensity at its output (in front of the eyes). A similar reaction of the light protection filter to interfering short intense pulses of light coming from the scene ensures their fast blocking.

Недостатком известного устройства является нарушение функции адаптации к среднему значению интенсивности света от сцены при кратковременной реакции устройства на мешающие импульсы света. Кратковременное полное затемнение всей апертуры ОУМС, необходимое для полного подавления мешающих импульсов света, ведет к потере возможности для наблюдателя воспринимать, наблюдать сцену на время данного затемнения. Кроме того, в известном устройстве проблематично осуществить точную адаптацию к полутоновым (многоградационным) изменениям интенсивности света от сцены в широком динамическом диапазоне. Для точной адаптации закон изменения интенсивности света на выходе устройства должен быть согласован с характеристикой восприятия глазами различных градаций интенсивности света. Такое согласование осуществить непосредственно в ОУМС проблематично не только технологически, но и физически из-за разных материалов, разности в толщине и других параметров слоев ФП и слоя ЖК. Также затруднительно реализовать подобный ОУМС с достаточно большой и однородной (по оптическим и электрическим свойствам) апертурой.A disadvantage of the known device is a violation of the adaptation function to the average value of the light intensity from the scene during a short-term reaction of the device to interfering light pulses. Short-term complete dimming of the entire aperture of the OVMS, necessary for the complete suppression of interfering light pulses, leads to the loss of the ability for the observer to perceive, to observe the scene for the duration of this dimming. In addition, in the known device, it is difficult to accurately adapt to grayscale (multi-gradation) changes in light intensity from the scene in a wide dynamic range. For accurate adaptation, the law of variation of the light intensity at the output of the device must be consistent with the characteristic of the perception by the eyes of various gradations of light intensity. Such coordination to be carried out directly in the OUMS is problematic not only technologically, but also physically due to different materials, the difference in thickness and other parameters of the FP layers and the LC layer. It is also difficult to implement such an OUMS with a sufficiently large and uniform aperture (in terms of optical and electrical properties).

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому устройству является адаптивный светозащитный фильтр [2], содержащий аналоговый модулятор света, измерительный фотоприемник и процессорный блок, вход которого соединен с выходом измерительного фотоприемника, выход процессорного блока соединен с управляющим входом аналогового модулятора света, при этом вход измерительного фотоприемника является управляющим входом устройства, вход апертуры аналогового модулятора света является информационными входом устройства, выход апертуры аналогового модулятора света сопряжен с входом защищаемого светочувствительного сенсора.The closest in technical essence (prototype) to the claimed device is an adaptive light protection filter [2] containing an analog light modulator, a measuring photodetector and a processor unit, the input of which is connected to the output of the measuring photodetector, the output of the processor unit is connected to the control input of an analog light modulator, when the input of the measuring photodetector is the control input of the device, the aperture input of the analog light modulator is the information input of the device, the output The aperture of the analog light modulator is connected to the input of the protected photosensitive sensor.

В известном устройстве используется электрически управляемый аналоговый (полутоновой) модулятор света, в котором многоградационное изменение величины оптического пропускания осуществляется под действием внешнего управляющего электрического сигнала с нужным числом градаций амплитуды. Требуемый закон изменения интенсивности на выходе устройства (на входе защищаемого светочувствительного сенсора) реализуется заданием соответствующей переходной характеристики процессорного блока, которая может иметь любую физически реализуемую форму в случае, например, цифрового электронного процессорного блока. Размер апертуры аналогового модулятора света, например, выполненного в виде ЖК модулятора с матричной электрической адресацией, может быть любым в пределах, соответствующих предельным размерам апертуры стандартных ЖК дисплеев при обеспечении высокой степени однородности оптических свойств по апертуре модулятора света.The known device uses an electrically controlled analog (grayscale) light modulator, in which a multi-gradation change in the optical transmittance is carried out under the influence of an external control electric signal with the desired number of gradations of amplitude. The required law of intensity change at the output of the device (at the input of the protected photosensitive sensor) is implemented by setting the corresponding transition characteristic of the processor unit, which can have any physically feasible form in the case of, for example, a digital electronic processor unit. The aperture size of an analog light modulator, for example, made in the form of an LCD modulator with matrix electric addressing, can be any within the limits corresponding to the aperture size limits of standard LCD displays while ensuring a high degree of uniformity of optical properties along the aperture of the light modulator.

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения оптической защиты от мешающих коротких интенсивных импульсов света одновременно с обеспечением возможности бесперебойно воспринимать внешнюю сцену сквозь апертуру аналогового модулятора света, поскольку кратковременная адаптация на мешающие световые импульсы ведет к временной потере функции адаптации устройства к средней величине интенсивности света от сцены.A disadvantage of the known device is the impossibility of providing optical protection from interfering short intense light pulses while simultaneously enabling the external scene to be perceived uninterruptedly through the aperture of an analog light modulator, since short-term adaptation to interfering light pulses leads to a temporary loss of the function of adapting the device to the average value of light intensity from the scene.

Кроме того, известное устройство не может обеспечить корректную светозащитную функцию, когда защищаемым от света объектом является оптический модуль, состоящий, например, из информационного индикатора (в частности, дисплея) и глаз наблюдателя, воспринимающих информацию с экрана дисплея. Кратковременные резкие затемнения аналогового модулятора света во время адаптации устройства к мешающим импульсам света ведут к ухудшению способности глаз корректно воспринимать информацию с экрана дисплея, поскольку световая чувствительность глаз резко возрастает в условиях темноты, и яркость дисплея становится чрезмерной для корректного восприятия информации во время таких затемнений.In addition, the known device cannot provide a correct light-shielding function when the object protected from light is an optical module, consisting, for example, of an information indicator (in particular, a display) and the eyes of an observer perceiving information from the display screen. Short-term sharp dimming of the analog light modulator during adaptation of the device to interfering light pulses leads to a deterioration in the ability of the eyes to correctly perceive information from the display screen, since the light sensitivity of the eyes increases sharply in dark conditions, and the brightness of the display becomes excessive for the correct perception of information during such dimming.

Решаемой задачей является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения защиты от мешающих интенсивных коротких импульсов света одновременно с сохранением функции адаптации устройства к средней интенсивности света от сцены при расширении класса защищаемых от света объектов.The problem to be solved is the expansion of the device’s functionality by providing protection from interfering intense short light pulses while maintaining the adaptation function of the device to the average light intensity from the scene while expanding the class of objects protected from light.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Поставленная задача в адаптивном светозащитном фильтре, содержащем модулятор света, измерительный фотоприемник и процессорный блок, выход которого соединен с управляющим входом модулятора света, вход процессорного блока соединен с выходом измерительного фотоприемника, апертура которого является управляющим входом устройства, входная апертура модулятора света является информационным входом устройства, а выходная апертура модулятора света является выходом устройства, оптически сопряженным с входом защищаемого оптического модуля, решается тем, что модулятор света выполнен бинарным, рабочий цикл устройства разбит на рабочие интервалы, длительность каждого из которых равна сумме времен τ12 где τ1 и τ2 - времена нахождения бинарного модулятора света соответственно в открытом и закрытом состояниях, а отношение τ1/(τ12) определяет среднее за рабочий интервал оптическое пропускание между входом и выходом устройства, при этом фаза нахождения бинарного модулятора света в закрытом состоянии имеет возможность изменения в пределах рабочего интервала.The task in an adaptive light-protective filter containing a light modulator, a measuring photodetector and a processor unit, the output of which is connected to the control input of the light modulator, the input of the processor unit is connected to the output of the measuring photodetector, the aperture of which is the control input of the device, the input aperture of the light modulator is the information input of the device and the output aperture of the light modulator is the output of the device optically coupled to the input of the protected optical module, p the light modulator is binary, the operating cycle of the device is divided into operating intervals, the duration of each of which is equal to the sum of times τ 1 + τ 2 where τ 1 and τ 2 are the residence times of the binary light modulator in open and closed states, respectively, and the ratio τ 1 / (τ 1 + τ 2 ) determines the average optical transmission over the operating interval between the input and output of the device, while the phase of the binary light modulator in the closed state has the possibility of changing within the operating interval.

В случае, когда защищаемым оптическим модулем является светочувствительный сенсор (глаза наблюдателя), частота следования рабочих интервалов выбирается не меньше критической частоты fsensor усреднения для защищаемого светочувствительного сенсора (не меньше низшей частоты fflicker заметности мерцаний света для глаз).In the case when the protected optical module is a photosensitive sensor (observer's eyes), the frequency of repetition of the working intervals is selected not less than the critical averaging frequency f sensor for the protected photosensitive sensor (not less than the lower frequency f flicker of flicker of light for the eyes).

Технический результат в виде улучшения светозащитных свойств за счет блокирования мешающих коротких импульсов света, поступающих от сцены, достигается за счет реализации в бинарном модуляторе света закрытого состояния в течение каждого рабочего интервала, причем фаза реализации закрытого состояния совпадает с фазой появления мешающих коротких импульсов света от сцены. При этом сохраняется среднее значение оптического пропускания бинарного оптического модулятора (между входом и выходом устройства), обеспечивающее сохранение функции адаптации устройства к среднему значению интенсивности света от сцены.The technical result in the form of improving light-shielding properties by blocking interfering short pulses of light coming from the scene is achieved by implementing a closed state in the binary light modulator during each operating interval, and the phase of implementation of the closed state coincides with the phase of the appearance of interfering short pulses of light from the scene . In this case, the average optical transmittance of the binary optical modulator (between the input and output of the device) is stored, which ensures the preservation of the adaptation function of the device to the average value of the light intensity from the scene.

Когда защищаемым от света оптическим модулем являются светочувствительный сенсор (глаза) вместе с информационным индикатором (дисплеем), то в соответствующем частном варианте выполнения устройства время существования закрытого бинарного модулятора света выбрано не меньшим, чем время отображения информации в информационном индикаторе (дисплее). Достоинством такого частного варианта устройства является обеспечение комфортных условий считывания глазами информации с экрана дисплея, поскольку на время появления изображения на экране весь свет от сцены, включая мешающие импульсы света, блокирован закрытым состоянием бинарного модулятора света, поэтому одна и та же яркость дисплея остается оптимальной как при блокировке мешающих импульсов света, так и в их отсутствие.When the optical module protected from light is a photosensitive sensor (eyes) together with an information indicator (display), then in the corresponding particular embodiment of the device, the lifetime of the closed binary light modulator is chosen no less than the time the information was displayed in the information indicator (display). The advantage of such a private variant of the device is the provision of comfortable conditions for the eyes to read information from the display screen, since at the time the image appears on the screen, all the light from the scene, including interfering light pulses, is blocked by the closed state of the binary light modulator, therefore the same display brightness remains optimal as when blocking interfering pulses of light, and in their absence.

Перечень фигур List of figures

Фиг.1 - структурная схема адаптивного фильтра для защиты светочувствительного сенсора (глаз наблюдателя).Figure 1 - structural diagram of an adaptive filter to protect the photosensitive sensor (eye of the observer).

Фиг.2 - диаграммы двух состояний оптического пропускания бинарного модулятора света в течение рабочего интервала.Figure 2 - diagrams of two states of optical transmission of a binary light modulator during the working interval.

Фиг.3 - структурная схема адаптивного фильтра для одновременной защиты глаз наблюдателя и экрана дисплея.Figure 3 is a structural diagram of an adaptive filter for simultaneously protecting the eyes of the observer and the display screen.

Фиг.4 - синхронизация фазы закрытого состояния бинарного модулятора света с фазой прибытия мешающего импульса света от сцены.Figure 4 - synchronization phase closed state of the binary light modulator with the arrival phase of the interfering light pulse from the scene.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Адаптивный светозащитный фильтр (фиг.1) содержит бинарный модулятор 1 света (с двумя возможными состояниями оптического пропускания, которым соответствуют открытое и закрытое состояния бинарного модулятора 1 света), измерительный фотоприемник 2 и процессорный блок 3, измерительный вход которого соединен с выходом измерительного фотоприемника 2. Выход процессорного блока 3 соединен с управляющим входом бинарного модулятора 1 света, входная апертура которого является информационным входом устройства, выходная апертура бинарного модулятора 1 света является выходом устройства, оптически сопряженным с входом защищаемого оптического модуля, конкретно выполненным в виде светочувствительного сенсора 4, управляющим входом устройства является апертура измерительного фотоприемника 2. Рабочий цикл устройства разбит на рабочие интервалы, длительность τwork каждого из которых равна сумме времен τ1 и τ2 нахождения модулятора 1 света соответственно в открытом и закрытом состояниях (τwork12), при этом отношение τ1/(τ12) определяет величину среднего за рабочий интервал оптического пропускания устройства (определяемого средним оптическим пропусканием бинарного модулятора 1 света), а частота fwork следования рабочих интервалов (fwork=1/τwork) выбрана не меньше критической частоты fsensor усреднения (fwork≥fsensor) для защищаемого светочувствительного сенсора 4. Фаза φclosed закрытого состояния бинарного модулятора 1 света имеет возможность изменения в пределах рабочего интервала (фиг.2). В рабочем интервале отсчет фазы φclosed закрытого состояния бинарного модулятора 1 света соответствует отсчету центра закрытого состояния, представленному в угловых единицах (градусах), где фазы, соответствующие началу и концу интервала, приняты равными соответственно 0° и 180°. Минимальный и максимальный уровни бинарного сигнала на диаграммах обозначают соответственно закрытое состояние (с минимальным оптическим пропусканием) и открытое состояние (с максимальным оптическим пропусканием) бинарного модулятора 1 света. С целью идентификации положения центра закрытого состояния бинарного модулятора 1 света на диаграммах обозначены пунктиром теоретические (вне пределов рабочего интервала длительностью τwork) величины оптического пропускания, при этом физически реализуются только обозначенные сплошными прямыми величины оптического пропускания в пределах рабочего интервала.The adaptive light-protective filter (Fig. 1) contains a binary light modulator 1 (with two possible states of optical transmission, which correspond to the open and closed states of the binary light modulator 1), a measuring photodetector 2 and a processor unit 3, the measuring input of which is connected to the output of the measuring photodetector 2 The output of the processor unit 3 is connected to the control input of the binary light modulator 1, the input aperture of which is the information input of the device, the output aperture of the binary modulator 1 is a light output device optically conjugate with the entrance of the protected optical module, specifically designed as a light-sensitive sensor 4, the control input of the measuring device is a photodetector aperture 2. The working cycle of the device is divided into working intervals, the duration τ work of each of which is the sum of the time τ 1 and τ 2 finding light modulator 1, respectively in the open and closed states (work τ = τ 1 + τ 2), wherein the ratio τ 1 / (τ 1 + τ 2) determines the average value for the optical operating range a transmission device (determined by the average optical transmittance binary light modulator 1), and repetition frequency of f work working intervals (f work = 1 / τ work) is selected not lower than the critical frequency f sensor averaging (f work ≥f sensor) for the protected photosensitive sensor 4 The closed phase of the closed state of the binary light modulator 1 has the ability to change within the working interval (figure 2). In the working interval, the reference phase φ closed state of the binary light modulator 1 corresponds to the reference center of the closed state, presented in angular units (degrees), where the phases corresponding to the beginning and end of the interval are taken equal to 0 ° and 180 °, respectively. The minimum and maximum levels of the binary signal in the diagrams indicate, respectively, the closed state (with minimum optical transmittance) and the open state (with maximum optical transmittance) of the binary light modulator 1. In order to identify the position of the center of the closed state of the binary light modulator 1, the optical transmittance (outside the limits of the working interval of duration τ work ) of the optical transmittance is indicated on the diagrams, while only the optical transmittance indicated by solid straight lines within the operating interval is physically realized.

В частности, когда защищаемым светочувствительным сенсором 4 являются глаза наблюдателя, критической частотой fsensor усреднения является низшая частота fflicker заметности мерцаний света для зрения наблюдателя (значение fflicker равно 100-200 Гц в зависимости от условий наблюдения).In particular, when the eyes of the observer to be protected 4 are the eyes of the observer, the critical averaging frequency f sensor is the lowest flicker frequency f flicker of flicker of light for the observer’s vision (f flicker value is 100-200 Hz depending on the observation conditions).

Когда защищаемым оптическим модулем является светочувствительный сенсор 4 (глаза) совместно с информационным индикатором, конкретно - с дисплеем 6 (фиг.3), экран которого оптически сопряжен с входом светочувствительного сенсора 4, то в соответствующем частном варианте выполнения устройства время τclosed существования закрытого состояния бинарного модулятора 1 света выбрано не меньшим, чем время τdisplay отображения информации (τdisplay≤τclose) на экране дисплея 6. Процессорный блок 3 в частном варианте выполнения снабжен входом Isync внешней синхронизации. Информационный индикатор в альтернативном исполнении является, в частности, мнемоническим индикатором (например, светодиодной матрицей информационных символов).When the protected optical module is a photosensitive sensor 4 (eyes) together with an information indicator, specifically, a display 6 (Fig. 3), the screen of which is optically coupled to the input of the photosensitive sensor 4, then in the corresponding particular embodiment of the device, the time τ closed for the existence of a closed state binary light modulator 1 is selected not less than the time τ display information display (τ display ≤τ close ) on the display screen 6. The processor unit 3 in a particular embodiment is equipped with an input I sync external synchronization isations. An alternative information indicator is, in particular, a mnemonic indicator (for example, an LED matrix of information symbols).

Адаптивный светозащитный фильтр работает следующим образом. Когда защищаемым светочувствительным сенсором 4 являются глаза (фиг.1), а от сцены 5 во входную апертуру бинарного модулятора 1 света и в апертуру измерительного фотоприемника 2 поступает свет с интенсивностью J0, то с выхода измерительного фотоприемника 2 сигнал поступает на измерительный вход процессорного блока 3, который вырабатывает управляющий сигнал, подаваемый на управляющий вход бинарного модулятора 1 света. Бинарный модулятор 1 света находится в течение времени τ1 в открытом состоянии и в течение времени τ2 в закрытом состоянии. Тем самым задается общая длительность τ1 в общем случае для пары информационных импульсов света (один проходит раньше, а другой - позже интервала блокировки длительностью τ2, если последний расположен не на концах рабочего интервала), проходящих в каждом рабочем интервале сквозь бинарный модулятор 1 света на вход защищаемого светочувствительного сенсора 4 (например, в глаза наблюдателя сцены 5). Поскольку частота fwork следования рабочих интервалов выбрана не ниже критической частоты fflicker заметности мерцаний света для глаз, то зрение наблюдателя будет воспринимать последовательность информационных световых импульсов как непрерывный свет с интенсивностью J0, умноженной на коэффициент τ1/(τ12) передачи. Коэффициент передачи и передаточная характеристика процессорного блока 3 выбраны такими, что величина ослабленной интенсивности J0τ1/(τ12) света, поступающего в глаза от сцены 5, является комфортной для зрения наблюдателя. При изменении интенсивности J0 света от сцены 5 автоматически меняется длительность τ1 закрытого состояния при неизменной длительности τwork рабочего интервала (при неизменной сумме τ12), что обеспечивает поддержание постоянного среднего уровня интенсивности J0τ1/(τ12) света, достигающего глаз.Adaptive light filter works as follows. When the protected photosensitive sensor 4 is the eyes (Fig. 1), and light 5 with the intensity J 0 enters the input aperture of the binary light modulator 1 and the aperture of the measuring photodetector 2, the signal from the output of the measuring photodetector 2 is sent to the measuring input of the processor unit 3, which generates a control signal supplied to the control input of the binary light modulator 1. Binary light modulator 1 is for a time τ 1 in the open state and for a time τ 2 in the closed state. This sets the total duration τ 1 in the general case for a pair of information pulses of light (one passes earlier and the other after the blocking interval of duration τ 2 , if the latter is not at the ends of the working interval) passing through the binary light modulator 1 in each working interval to the input of the protected photosensitive sensor 4 (for example, into the eyes of the observer of scene 5). Since the frequency f work of following the working intervals is chosen not lower than the critical frequency f flicker of the flicker of light for the eyes, the observer’s vision will perceive the sequence of information light pulses as continuous light with intensity J 0 times the coefficient τ 1 / (τ 1 + τ 2 ) transmission. The transmission coefficient and the transfer characteristic of the processor unit 3 are selected such that the value of the attenuated intensity J 0 τ 1 / (τ 1 + τ 2 ) of the light entering the eyes from scene 5 is comfortable for the observer to see. When the light intensity J 0 changes from scene 5, the duration τ 1 of the closed state automatically changes with a constant duration τ work of the working interval (with a constant sum τ 1 + τ 2 ), which ensures a constant average level of intensity J 0 τ 1 / (τ 1 + τ 2 ) of light reaching the eye.

Тем самым для защиты светочувствительного сенсора (глаз) осуществляется адаптивная оптическая широтно-импульсная (ШИМ) модуляция, реализуемая бинарным модулятором 1 света.Thus, to protect the photosensitive sensor (eye), adaptive optical pulse-width (PWM) modulation is implemented by the binary light modulator 1.

При наличии мешающих коротких интенсивных импульсов света, поступающих от сцены 5, фазу φclosed закрытого состояния с длительностью τ2 в каждом рабочем интервале выбирают равной фазе φpulse появления мешающих импульсов света (фиг.2). В таком случае закрытое состояние бинарного модулятора 1 появляется синхронно с появлением мешающих импульсов света, обеспечивая их максимальное затухание без влияния на среднюю величину оптического пропускания бинарного модулятора 1 света. Тем самым при полной блокировке мешающих импульсов света сохраняется среднее за рабочий интервал значение J0τ112) интенсивности света, поступающего в глаза наблюдателя.In the presence of interfering short intense pulses of light coming from scene 5, the phase φ closed of a closed state with a duration of τ 2 in each working interval is chosen equal to the phase φ pulse of the appearance of interfering light pulses (figure 2). In this case, the closed state of the binary modulator 1 appears synchronously with the appearance of interfering light pulses, ensuring their maximum attenuation without affecting the average optical transmittance of the binary light modulator 1. Thus, when the interfering light pulses are completely blocked, the average value for the working interval, J 0 τ 11 + τ 2 ) of the light intensity entering the observer’s eyes, is maintained.

Детектирование мешающих импульсов света от сцены 5 с целью определения фазы их прибытия осуществляется, например, за счет дифференцирования сигнала от измерительного фотоприемника 2, которое выполняется процессорным блоком 3. Выбором постоянной времени дифференцирования и порога чувствительности к амплитуде дифференцированного сигнала (к величине его производной) задаются параметры селекции импульсной составляющей сигнала от измерительного фотоприемника 2.Detection of interfering light pulses from scene 5 in order to determine the phase of their arrival is carried out, for example, by differentiating the signal from the measuring photodetector 2, which is performed by the processor unit 3. By choosing the differentiation time constant and the sensitivity threshold to the amplitude of the differentiated signal (to the value of its derivative) selection parameters of the pulsed component of the signal from the measuring photodetector 2.

В итоге достигается технический результат в виде улучшения светозащитных свойств устройства за счет блокировки мешающих импульсов света (вследствие синхронизации фазы φclosed закрытого состояния модулятора 1 света с фазой φpulse прибытия импульса света) с сохранением адаптации устройства к среднему значению интенсивности света от сцены 5 (за счет поддержания постоянным отношения τ21, между длительностями закрытого и открытого состояний модулятора 1 света вследствие неизменности длительности τwork12 рабочих интервалов).As a result, a technical result is achieved in the form of improving the light-shielding properties of the device by blocking interfering light pulses (due to synchronization of the phase φ closed of the closed state of the light modulator 1 with the phase φ pulse of the arrival of the light pulse) while maintaining the adaptation of the device to the average value of light intensity from scene 5 (after the expense of maintaining the constant ratio τ 2 / τ 1 between the durations of the closed and open states of the light modulator 1 due to the invariability of the duration τ work = τ 1 + τ 2 working intervals).

Особенность работы частного варианта устройства (фиг.3) состоит в том, что защищаемый оптический модуль состоит из светочувствительного сенсора (глаз) 4 и информационного индикатора, выполненного в виде дисплея 6, с экрана которого глаза воспринимают световой поток изображения в условиях, когда в глаза и на экран дисплея 6 поступает отрегулированный по интенсивности бинарным модулятором 1 света световой поток от сцены 5. Фаза φclosed наступления закрытого состояния бинарного модулятора 1 света соответствует фазе φdisplay формирования изображения на экране дисплея 6. Когда длительность τ3 активного состояния информационного индикатора (длительность появления изображения на экране дисплея 6) выбрана не больше чем длительность τclosed закрытого состояния бинарного модулятора 1 света (τ3≤τclosed), то во время существования светового потока изображения на экране дисплея 6 свет от сцены 5 не будет проходить к глазам и к экрану дисплея 6 (будет полностью блокирован бинарным модулятором 1 света). Это обеспечивает возможность успешного считывания зрительным аппаратом наблюдателя изображения с экрана дисплея 6 при нормальном уровне яркости экрана даже в условиях прихода от сцены 5 высокоинтенсивного светового потока (например, прямого солнечного света).A feature of the operation of a private embodiment of the device (Fig. 3) is that the protected optical module consists of a photosensitive sensor (eyes) 4 and an information indicator made in the form of a display 6, from the screen of which the eyes perceive the luminous flux of the image under conditions when in the eyes and a display screen 6 receives the adjusted intensity modulator binary 1 luminous flux of light from the scene 5. The phase advance φ closed closed state binary light modulator 1 corresponds to the phase of formation φ display depicted I on the display 6. When the duration τ 3 active state of the information indicator (duration of the picture appears on the display screen 6) selected is no longer than the duration τ closed closed state binary light modulator 1 (τ 3 ≤τ closed), during the existence of the light flux of the image on the display screen 6, the light from scene 5 will not pass to the eyes and to the display screen 6 (it will be completely blocked by the binary light modulator 1). This makes it possible for the observer to successfully read the image from the display screen 6 at a normal level of screen brightness, even when a high-intensity light stream (for example, direct sunlight) arrives from scene 5.

Если электроника процессорного блока 3 и электроника дисплея 6 не снабжены единым задающим генератором, то требуемая фазовая синхронизация осуществляется, например, за счет подачи на вход Isync внешней синхронизации процессорного блока 3 соответствующего синхроимпульса (например, за счет оптоэлектронной связи между входом Isync внешней синхронизации и экраном дисплея 6).If the electronics of the processor unit 3 and the electronics of the display 6 are not equipped with a single master oscillator, then the required phase synchronization is carried out, for example, by applying an external synchronization of the processor unit 3 to the I sync input of the corresponding sync pulse (for example, due to the optoelectronic coupling between the external sync input I sync and display screen 6).

Дополнительным достоинством частного варианта устройства является его помехозащищенность от паразитной интерференции световых потоков в случае одновременной независимой работы нескольких адаптивных светофильтров (АСФ). Действительно, поскольку в течение каждого рабочего интервала экран дисплея 6 создает световой поток изображения только в то время, когда бинарный модулятор 1 света находится в закрытом состоянии (в соответствии с условием τclose≥τdisplay), то световой поток изображения с экрана данного дисплея 6 не выходит наружу из АСФ (не появляется со стороны входной апертуры бинарного модулятора 1 света, входящего в состав данного АСФ). Когда двое или несколько наблюдателей, снабженных такими индивидуальными АСФ, обращены друг у другу, то каждый из них может видеть лица других наблюдателей, но для него не видны - блокированы - световые потоки изображений с экранов посторонних дисплеев. Если бы выход наружу светового потока каждого дисплея не был бы блокирован соответствующим бинарным модулятором соответствующего АСФ, то каждый наблюдатель видел бы, например, мешающие мерцающие блики на лицах других наблюдателей. В итоге каждый наблюдатель имеет возможность наблюдать как лица других наблюдателей, так и световой поток изображения с экрана своего дисплея без паразитных помех (интерференции) от световых потоков изображений с экранов посторонних дисплеев.An additional advantage of the private version of the device is its noise immunity from spurious interference of light fluxes in the case of simultaneous independent operation of several adaptive optical filters (ASF). Indeed, since during each working interval the display screen 6 creates the luminous flux of the image only when the binary light modulator 1 is in the closed state (in accordance with the condition τ close ≥τ display ), the luminous flux of the image from the screen of this display 6 does not go outside from the ASF (does not appear from the input aperture of the binary modulator 1 of the light that is part of this ASF). When two or more observers equipped with such individual ASFs are facing each other, each of them can see the faces of other observers, but for him they are not visible - blocked - light streams of images from screens of extraneous displays. If the light output of each display were not blocked by the corresponding binary modulator of the corresponding ASF, then each observer would see, for example, interfering flickering glare on the faces of other observers. As a result, each observer has the opportunity to observe both the faces of other observers and the luminous flux of the image from the screen of his display without spurious interference (interference) from the luminous flux of images from the screens of extraneous displays.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Бинарный модулятор 1 света может быть выполнен, например, на основе жидкокристаллической структуры MEMOMI (MEMory Optical Interference Mode) [3], которая имеет два оптических состояния при управлении импульсным управляющим напряжением. Другой вариант выполнения модулятора света - на ферроэлектрических (сегнетоэлектрических) структурах [4], характеризующихся очень высоким быстродействием (десятки микросекунд).The binary light modulator 1 can be performed, for example, based on the MEMOMI (MEMory Optical Interference Mode) liquid crystal structure [3], which has two optical states when controlling a pulsed control voltage. Another embodiment of the light modulator is on ferroelectric (ferroelectric) structures [4], characterized by very high speed (tens of microseconds).

Адаптивный светозащитный фильтр может быть выполнен, например, в составе защитного стекла в шлемах, очков пилотов или в стеклах кабин, иллюминаторов в кабинах средств передвижения.An adaptive light-protective filter can be made, for example, as part of a protective glass in helmets, pilot glasses or in the glasses of cabins, portholes in the cabs of vehicles.

ЛитератураLiterature

1. Efron U Wu S.T., Hsu T.Y., Schoenmakers W. Liquid crystal light valve goggles for eye protection. - US Patent No. 5,081,542, G02F 1/133, publication date 14.01.1992.1. Efron U Wu S.T., Hsu T.Y., Schoenmakers W. Liquid crystal light valve goggles for eye protection. - US Patent No. 5,081,542, G02F 1/133, publication date 01/14/1992.

2. Russel J.P., Russel T.J. Controllable, variable transmissivity eyewear. - US Patent No. 4,968,127, G02C 7/10, publication date 06.11.1990 (прототип).2. Russel J.P., Russel T.J. Controllable, variable transmissivity eyewear. - US Patent No. 4,968,127, G02C 7/10, publication date 11/06/1990 (prototype).

3. Брежнев В.А., Ежов В.А., Студенцов С.А., Симоненко Г.В. Пассивно-матричный ЖК-дисплей и метод его управления. - Патент РФ No. 2206914, G02F 1/1337, G09G 3/36, приоритет от 24.04.2001.3. Brezhnev V.A., Ezhov V.A., Studentsov S.A., Simonenko G.V. Passive-matrix LCD display and its control method. - RF patent No. 2206914, G02F 1/1337, G09G 3/36, priority 24.04.2001.

4. Andreev A.L., Ezhov V.A., Kompanets I.N., Sobolev A.G. Fast LC Devices with Lowest Control Voltage. Proc. 17th International Display Workshops (IDW'10), Fukuoka, Japan, 1-3 December 2010, pp.1811-1812.4. Andreev AL, Ezhov VA, Kompanets IN, Sobolev AG Fast LC Devices with Lowest Control Voltage. Proc. 17 th International Display Workshops (IDW'10), Fukuoka, Japan, 1-3 December 2010, pp. 1811-1812.

Claims (1)

Адаптивный светозащитный фильтр, содержащий модулятор света, измерительный фотоприемник и процессорный блок, выход которого соединен с управляющим входом модулятора света, измерительный вход процессорного блока соединен с выходом измерительного фотоприемника, апертура которого является управляющим входом устройства, входная апертура модулятора света является информационным входом устройства, а выходная апертура модулятора света является выходом устройства, отличающийся тем, что модулятор света выполнен бинарным, рабочий цикл устройства разбит на рабочие интервалы, длительность каждого из которых равна сумме τ12, где τ1 и τ2 - времена нахождения бинарного модулятора света соответственно в открытом и закрытом состояниях, а отношение τ1/(τ12) определяет среднее за рабочий интервал оптическое пропускание между входом и выходом устройства, при этом фаза нахождения бинарного модулятора света в закрытом состоянии имеет возможность изменения в пределах рабочего интервала. An adaptive light-protective filter containing a light modulator, a measuring photodetector and a processor unit, the output of which is connected to the control input of the light modulator, the measuring input of the processor unit is connected to the output of the measuring photodetector, the aperture of which is the control input of the device, the input aperture of the light modulator is the information input of the device, and the output aperture of the light modulator is the output of the device, characterized in that the light modulator is binary, the duty cycle of oystva divided into working intervals, the duration of each of which is the sum of τ 1 + τ 2, where τ 1 and τ 2 - Times finding binary light modulator, respectively in the open and closed states, and the ratio τ 1 / (τ 1 + τ 2) determines the average optical transmission between the input and output of the device over the operating interval, while the phase of the binary light modulator in the closed state has the possibility of changing within the operating interval.
RU2012134296/28A 2012-08-13 2012-08-13 Adaptive protective light filter RU2513659C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134296/28A RU2513659C1 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Adaptive protective light filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134296/28A RU2513659C1 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Adaptive protective light filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012134296A RU2012134296A (en) 2014-03-27
RU2513659C1 true RU2513659C1 (en) 2014-04-20

Family

ID=50342571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012134296/28A RU2513659C1 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Adaptive protective light filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2513659C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU363062A1 (en) * 1971-03-29 1972-12-30 ANTI-SLIGHTING GLASSES
SU1413577A1 (en) * 1986-03-24 1988-07-30 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Blinding-control eyeglases
US4968127A (en) * 1988-11-23 1990-11-06 Russell James P Controllable, variable transmissivity eyewear
RU2077819C1 (en) * 1994-04-04 1997-04-20 Владимир Павлович Васильев BLINDING VISION PROTECTION DEVICE
US5841507A (en) * 1995-06-07 1998-11-24 Barnes; Elwood E. Light intensity reduction apparatus and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU363062A1 (en) * 1971-03-29 1972-12-30 ANTI-SLIGHTING GLASSES
SU1413577A1 (en) * 1986-03-24 1988-07-30 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Blinding-control eyeglases
US4968127A (en) * 1988-11-23 1990-11-06 Russell James P Controllable, variable transmissivity eyewear
RU2077819C1 (en) * 1994-04-04 1997-04-20 Владимир Павлович Васильев BLINDING VISION PROTECTION DEVICE
US5841507A (en) * 1995-06-07 1998-11-24 Barnes; Elwood E. Light intensity reduction apparatus and method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012134296A (en) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9940901B2 (en) See-through optical image processing
KR102379025B1 (en) Electronic spectacles
US10209520B2 (en) Near eye display multi-component dimming system
CN104350414B (en) For the self adaptation glasses of motor vehicle operator or passenger
CN105793763B (en) Transparent head-mounted display having liquid crystal module adjusting luminance ratio of combined image
KR950704722A (en) Method and Apparatus for Presenting Stereoscopic Images
US20060140502A1 (en) Active visor system for eliminating glare in field-of-vision from mobile and transient light sources and reflective surfaces
US9601083B2 (en) Glare reduction system
CN106461991A (en) Image display device
US20140268280A1 (en) Color and Pattern Identifying and Highlighting Lenses
CN103309056A (en) Instant automatic light-adjusting safety lens device
JP2016139116A (en) Head-mounted display device and display method
EP3737990B1 (en) Display apparatus, assembly for adaptively modulating display contrast of display apparatus, and method of adaptively modulating display contrast of display apparatus
DE102011088627B4 (en) Stereoscopic image display device and crosstalk compensation method for the same
US5877825A (en) Method and device including electro-optical shutter for protection from pulsed radiation
RU2513659C1 (en) Adaptive protective light filter
CN104297945A (en) Real-time solar photosensitive automatic dimming safety lens device
CN104678596A (en) One-way perspective view window system
US9832398B2 (en) Camera system, especially for a vehicle, and method for ascertaining image information of a signal source pulsed as a function of time
US9261745B2 (en) Fast response optical devices by double liquid crystal cells structure
CN101762886B (en) Automatic dimming photochromic glasses
RU2482526C1 (en) Method for light-protective filtering with zonal adaptation and apparatus for realising said method
GB2302412A (en) Intelligent optical filter
US20050046617A1 (en) Device and method for controlling flicker in liquid crystal shutter glasses
RU2496458C2 (en) Anti-glare glasses

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140814

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150810

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200814