本發(fā)明涉及一種具有視頻速率光強分布映射傳感器的可調(diào)光衰減裝置，尤其涉及一種適用于汽車或飛機中的自動光衰減裝置，以在車輛操縱人員的整個視野內(nèi)給操縱人員提供舒適的光照。

背景技術(shù)：

除了在授予給Yongwu Yang并且在這里引用其全部內(nèi)容作為參考的美國專利8,083,385中所描述的問題(見圖1)之外，駕駛員所見的太陽光在他/她的視野內(nèi)不均勻。整個擋風玻璃上太陽光的分布不均勻(見圖2)，在一些區(qū)域內(nèi)的太陽光比其它區(qū)域內(nèi)的太陽光強很多。此外，橫跨擋風玻璃的太陽光的分布隨著駕駛方向和一天中的時間的變化而變化。從而存在一種需要，實時監(jiān)測和跟蹤太陽光的分布并且根據(jù)橫跨駕駛員穿過擋風玻璃的視野的光分布來衰減太陽光，從而在駕駛員的視野內(nèi)給他/她提供相當均勻和舒適的光分布。

現(xiàn)有的遮陽板衰減技術(shù)包括遮光玻璃或液晶面板以用相同的程度過濾橫跨整個區(qū)域的太陽光。在遮光玻璃的情況下，濾除的程度是固定的。從而其僅將太陽光的強度降低到一定程度上，但是當太陽光直接照到駕駛員時其仍是十分有害的。在目前市場上液晶面板的情況下，雖然濾除的程度可根據(jù)太陽光的強度自動地或手動地變化，但整個面板的光過濾率被以相同的程度來改變。從而為了在某個區(qū)域內(nèi)濾除強的太陽光以達到舒適的水平，要將整個液晶面板調(diào)到濾除那個區(qū)域內(nèi)的強太陽光。然而，面板的其它部分會太暗了并且會影響駕駛員的視線。否則最強區(qū)域內(nèi)的太陽光對于舒適的觀看來說仍然太強(例如參見圖3)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

遮陽板包括2維的(2D)光探測器陣列、和/或幾個光探測器、信號處理器、電壓驅(qū)動器、和2D多像素LCD濾光器面板。2D光探測器陣列諸如網(wǎng)絡(luò)攝像頭或者智能手機、平板電腦或平板設(shè)備等中的照相機中的2D光探測器陣列，至少具有操縱車輛的人(駕駛員)的視野，并且檢測車輛的擋風玻璃中的光強分布。2D光強分布信息被以視頻速率傳送給信號處理器，信號處理器將測量的太陽光強分布與駕駛員視野中的擋風玻璃后的實際的光分布相關(guān)聯(lián)，并且根據(jù)光分布給電壓驅(qū)動器產(chǎn)生2D電壓分布圖。電壓驅(qū)動器從信號處理器接收電壓指令并且給LCD濾光器面板(諸如LCD計算機監(jiān)視器或LCD TV中使用的LCD濾光器面板)的單個像素提供電壓，以相應(yīng)地調(diào)整濾光度。具有強光的LCD面板的像素將接收高電壓從而減少更多的入射光而讓更少的光通過，反過來亦然。光強小于預(yù)設(shè)的閾值的LCD面板的像素將接收零電壓從而讓所有的光通過而沒有任何的進一步衰減。因此，通過LCD面板，駕駛員的視野內(nèi)具有強太陽光的部分被更強地濾除，而具有少太陽光的部分被更弱地濾除。駕駛員從而在他/她的舒適范圍內(nèi)看到大致均勻的光分布。

與附圖一起考慮，本發(fā)明的其它特征和各方面將從下面的詳細描述中變得顯而易見，附圖通過例示的方式圖示根據(jù)本發(fā)明實施方式的特征。此概術(shù)不旨在限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅由附加的權(quán)利要求書所限定。

附圖說明

下面的附圖根據(jù)一個或更多個不同實施方式詳細描述本發(fā)明。提供附圖僅是為了圖示的目的，并且僅描述本發(fā)明的典型或代表實施方式。提供這些附圖以便于讀者對本發(fā)明的理解，不應(yīng)認為這些附圖限制本發(fā)明的寬度、范圍或適用性。應(yīng)該注意的是，為了圖示的清楚和容易，這些附圖不必按比例繪制。

這里一些附圖包括從不同的視角圖示本發(fā)明的不同實施方式。雖然后面的描述性文本會將這樣的視野稱為“頂部”、“底部”或“側(cè)面”視野，但是這種指代僅是描述性的，不意味或需要本發(fā)明在特定的空間方位實施或使用，除非另外有明確的陳述。

圖1-2圖示與太陽光直射到車輛操縱者相關(guān)的問題。

圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的使用。

圖4是光衰減過程的流程圖。

圖5A是自動跟蹤、自動可調(diào)遮陽板的透視圖。

圖5B是自動跟蹤、自動可調(diào)遮陽板的分解圖。

圖6A是處于未折疊位置的具有傳統(tǒng)遮陽板的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的透視圖。

圖6B是處于折疊位置的具有傳統(tǒng)遮陽板的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的實施方式的透視圖。

圖7是處于折疊位置的具有傳統(tǒng)遮陽板的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的實施方式的后透視圖。

圖8是適合于與裝有動力的收縮單元一起使用的太陽光衰減裝置的實施方式的透視圖。

圖9是具有用于記錄駕駛事件的模塊并且具有用于接收存儲器以記錄和存儲圖像和視頻的存儲條狹縫510的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的實施方式的透視圖。

圖10是圖示根據(jù)本發(fā)明原理的自動可調(diào)太陽光衰減的方法的流程圖。

圖11是圖示安裝有反饋光探測的自動可調(diào)太陽光衰減的方法的流程圖。

附圖不旨在排除或?qū)⒈景l(fā)明限制于公開的精確形式。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以修改或變化來實施，本發(fā)明僅由權(quán)利要求書或其等效物來限制。

具體實施方式

有時，在這里根據(jù)這些例示的環(huán)境來描述本發(fā)明。提供這些環(huán)境的描述以便在代表性應(yīng)用的背景下講解本發(fā)明的不同特征和實施方式。在閱讀了本說明書之后，如何在不同的和可替換的環(huán)境中實施本發(fā)明將對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說變得顯而易見。除非另外進行了限定，這里使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同。

參見圖4，描述了自動跟蹤、自動可調(diào)遮陽板的方法和裝置。在步驟70，至少具有駕駛員的視野的2D光探測器陣列諸如網(wǎng)絡(luò)攝像頭或者智能手機、平板電腦等中的照相機中的2D光探測器陣列，以視頻速率實時跟蹤太陽光分布170。

在步驟180，信號處理器處理2D太陽光分布并將擋風玻璃中的太陽光分布與LCD面板上的光分布關(guān)聯(lián)起來，產(chǎn)生2D電壓分布圖，指示電壓驅(qū)動器將電壓的2D分布圖發(fā)送給2D多像素LCD濾光器面板，此2D多像素LCD濾光器面板類似于沒有濾色片或背光的LCD計算機顯示屏或LCD TV中使用的面板。驅(qū)動器控制LCD使得更高光強度的區(qū)域與更高的電壓相對應(yīng)，給更低強度的區(qū)域施加更低的電壓。對于那些根據(jù)某一標準或可調(diào)到駕駛員舒適范圍設(shè)定的預(yù)定閾值以下的光強度的區(qū)域，電壓則為零。此裝置或者由12V的汽車電源插座或者通過太陽能電池提供電能供應(yīng)。

LCD濾光器面板的每一個像素是單獨指令的，濾除程度根據(jù)2D電壓分布圖中給這個像素提供的電壓而變。給具有更強的光強度的像素提供更高的電壓，從而使這些像素處的光衰減得多，給具有更弱的光強度的像素更低的電壓，從而使那些像素處的光衰減得少。給光強低于預(yù)設(shè)閾值的像素提供零電壓，從而使這些像素處的光沒有任何衰減地透過。從而，駕駛員在舒適的范圍內(nèi)橫跨他/她的整個視野內(nèi)看到大致均勻的光分布，避免了強的太陽光刺眼睛，從而能夠具有清楚的視野。

在另一個實施方式中，在LCD濾光器面板后面安裝一個或更多個光探測器，其探測如駕駛員所看到的透射光。探測到的光強度反饋給信號處理器和電壓驅(qū)動器以進一步控制透過LCD濾光器面板后面的光，以確保其在預(yù)定的光范圍內(nèi)。

組裝本發(fā)明的部件可以從市場上其它產(chǎn)品的部件中獲取，從而很容易獲得，而不需要建立很昂貴的新產(chǎn)品生產(chǎn)線。例如，網(wǎng)絡(luò)攝像頭或手機、平板電腦等中的照相機可以用作2D光探測器陣列，沒有白色的照明光和濾色片的LCD TV或LCD計算機顯示屏中的LCD面板可以用作LCD濾光器面板。

可以將該器件包含在薄板中，如同圖3中所描繪的遮光板，并且具有電源線，或者具有太陽能電池作為電源?？梢詫⑵浒惭b在新生產(chǎn)的汽車中，也可以用其對已經(jīng)在使用的汽車進行改造使更多人受益。

另一種可選使用方式，可以安裝電動機，當在太陽光照到擋風玻璃的下部時(日出或日落時)將LCD面板自動降低到擋風玻璃的下部。可選地，2D光探測器陣列也可以用作儀表板照相機記錄儀以記錄駕駛事件。

圖5A是自動可調(diào)太陽光衰減裝置的優(yōu)選實施方式的透視圖。圖5B是太陽光衰減裝置100的分解圖。在一個實施方式中，該裝置包括：2D多像素LCD濾光器面板105；用于測量入射到光衰減裝置上的光的2D光探測器陣列170；信號處理器和電壓驅(qū)動器180；框架160，固定上面提到的元件。如在LCD計算機顯示器或LCD TV中使用的面板的2D LCD濾光器面板105進一步包括：第一偏光器薄膜110；玻璃或塑料襯底120，具有涂覆在其上的透明氧化銦錫(ITO或錫摻雜的氧化銦)行電極125；LCD濾光器柵135，具有夾在LCD濾光器柵中的扭轉(zhuǎn)向列的液晶，以形成多個單獨的濾光器或像素；另一個玻璃或塑料襯底140，具有涂覆在其上的共用列電極膜(ITO)145；和第二偏光器薄膜150。第一偏光器薄膜110垂直取向，使透過第一偏光器110的光成為偏振光。約50％的光被第一偏光器110吸收，約50％的光通過并被垂直偏振。每一個像素中的液晶分子在兩個玻璃或塑料板120、140之間扭轉(zhuǎn)。當沒有電壓施加到電極125和145上時，隨著光穿過液晶柵135，從第一偏光片110濾除后而透過的垂直偏振光在每一個隨像素中的向列液晶的螺旋而旋轉(zhuǎn)。當光從液晶柵135射出時，在零電壓時光的偏振旋轉(zhuǎn)90度。從而，光能夠穿過水平取向的第二偏光器膜150。所以總體上，在沒有電場時全部光的總共約50％透過裝置100的實施方式。

每一個濾光器或像素是通過給125中的一列或145中的一行施加電壓來獨立指令。當給125中的列和145中的行施加電壓時，在行和列的交叉點處產(chǎn)生電場，此交點處的像素中的向列液晶分子被迫旋轉(zhuǎn)，使得其分子長軸轉(zhuǎn)向電場方向。電場下分子的這種再排列使分子形成的螺旋結(jié)構(gòu)扭曲。

如上所述，光穿過第一偏光片110后發(fā)生的偏振變化將取決于液晶分子的扭轉(zhuǎn)螺旋結(jié)構(gòu)。當由于施加的電場使螺旋結(jié)構(gòu)扭曲時，被旋轉(zhuǎn)的偏振光的量以及隨后透過第二偏光器膜150的光的量減少，即那個像素的光透射系數(shù)降低了。當在高電場下其螺旋結(jié)構(gòu)被扭曲，透過第一偏光器膜110的光的偏振狀態(tài)在穿過液晶像素時未受影響，。因此，光將被第二偏光器150吸收，沒有光將通過。換句話說，所有的光被阻擋，像素具有0％的透射率。簡而言之，通過控制給橫跨向列液晶柵130的行電極125和列電極145施加的電壓，允許穿過每一個像素的光通量可在0％和約50％之間可調(diào)。

根據(jù)汽車的現(xiàn)在的標準或?qū)斫⒌臉藴?，裝置100的每一個像素的最小透射率設(shè)定為超過0％的某個值。在該裝置的一個實施方式中，這可以通過設(shè)定使得每一個單獨的像素達到所設(shè)的最小透射率的最大輸出的電源來實現(xiàn)。從而該器件可以通過從零到其最大值調(diào)整電壓，在50％的透光率和設(shè)定的最小值之間安全地運行。

LCD濾光器柵130中每一個像素的電壓由2D光探測器170所收集的橫跨擋風玻璃的光分布來決定。對于具有很強的光的像素，給那些像素的電壓將是高的，從而將使光衰減得更多，反之亦然。由于每一個像素是根據(jù)光分布獨立地指令，所以光衰減將在整個裝置內(nèi)獨立地和實時地變化，使得駕駛員將在他/她的視野內(nèi)看到基本均勻的光分布。

在另一個實施方式中，設(shè)置在第二偏光器150的外側(cè)152后面的一個或更多個光探測器155測量透過裝置100的光(即駕駛員看到的光通量)。所有光探測器155的輸出或平均輸出給電壓驅(qū)動器180提供反饋。電壓驅(qū)動器然后自動調(diào)整行電極125和列電極155的電壓水平以實現(xiàn)預(yù)設(shè)的光透射率。雖然太陽光強度和亮度變化(受一天中的時間、天氣條件、一年中的時間、路的方向和路的弧度的影響)，該裝置自動跟蹤太陽的位置并且測量駕駛員視野中的光分布，根據(jù)其分布實時地自動濾除適當量的太陽光，使得在整個裝置中產(chǎn)生相對恒定和均勻量的光。通過自動調(diào)節(jié)橫跨液晶柵130的行電極125和列電極145的電壓，自動調(diào)節(jié)太陽光的衰減量，以維持恒定的透射率。從而，該裝置的一個優(yōu)點是與太陽位置、一天中的時間和路的弧度無關(guān)，駕駛員無論什么時候都能在他/她的視野內(nèi)感知到相對均勻、恒定、和舒適的光線水平。將使駕駛員從強的太陽光刺眼中解放出來，駕駛員的視野從而大大地增強了。

參照圖8，在另一個實施方式中，安裝電動機，當太陽在地平線上并且太陽光線通過擋風玻璃的下部照耀時，自動將裝置向下滾動到擋風玻璃的下部。

在另一個實施方式中，LCD濾光器面板采用有源矩陣設(shè)計。在這個設(shè)計中，在前玻璃或塑料面板125中，每一個濾光器(像素)另外與一個薄膜晶體管成對。增加了叫做柵極線的新指令線作為晶體管的單獨開關(guān)。當電壓高，比方說5V時，晶體管打開，當電壓低，比方說0V時，晶體管關(guān)閉。從而僅當建立了行和列的交叉場并且晶體管打開時，LCD濾光器或像素才會得到指令。

在另一個實施方式中，2D光探測器陣列也可以用作安裝有存儲器芯片510的儀表板照相機或行車記錄儀，諸如手機、照相機等中所使用的那些。路上的駕駛事件通過2D光探測器陣列被實況記錄并存儲到存儲器上。

圖6A是處于未折疊位置的具有傳統(tǒng)遮陽板的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的透視圖，圖6B是處于折疊位置的具有傳統(tǒng)遮陽板的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的實施方式的透視圖。圖7是處于折疊位置的具有傳統(tǒng)遮陽板的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的實施方式的后透視圖。圖9是具有用于記錄駕駛事件的模塊并且具有用于接收存儲器以記錄和存儲圖像和視頻的存儲條狹縫510的自動可調(diào)太陽光衰減裝置的實施方式的透視圖。

圖10是圖示根據(jù)本發(fā)明原理的自動可調(diào)太陽光衰減的方法的流程圖。參照圖10，在操作中，至少具有駕駛員的視野的2D光強探測器陣列170測量1005橫跨擋風玻璃的光分布，并且以視頻速率向信號處理器180發(fā)送1010 2D光分布信息。在步驟1015中，信號處理器處理2D強度信息并根據(jù)預(yù)設(shè)的光強閾值1020為電壓驅(qū)動器產(chǎn)生2D電壓分布圖。對于小于閾值的光強，電壓設(shè)置為零。對于閾值之上的光強，電壓從0到預(yù)設(shè)的最高電壓與測量的光強線性相關(guān)。電壓分布圖的行和列的數(shù)量與每一列和行中像素的數(shù)量相對應(yīng)。在步驟1025，電壓驅(qū)動器然后根據(jù)2D電壓分布圖給LCD濾光器面板的每一個單個像素發(fā)送電壓。光分布中光強越強，LCD濾光器面板的像素的電壓越高，以將駕駛員看到的光水平降低到預(yù)設(shè)的舒適的水平。光強越低，像素的電壓越低，從而光衰減得越少。因此，駕駛員將在他/她的視界內(nèi)橫跨擋風玻璃看到相當均勻和舒適的光分布水平。

參照圖11，在另一個實施方式中，流程圖圖示安裝有反饋光探測的自動可調(diào)太陽光衰減的方法。在LCD面板的背面安裝一個或更多個另外的光探測器155，探測穿過LCD濾光器面板后的光強，并在步驟1030中給電壓驅(qū)動器提供實時反饋以將光衰減到預(yù)定的范圍內(nèi)。