Характеристики излишне яркого света
в сопоставлении с свойствами отображающих систем

Динамический диапазон прямого солнечного света на несколько порядков превосходит динамический диапазон по яркости (интенсивности) входного света для зрительной системы человека или технических систем отображения сцен физического мира (фото, видео камер).
     Уровень освещенности солнечным светом поверхности Земли на равнине составляет порядка 100 000 люкс [1] . В горах яркость солнечного света может превысить яркость на равнине в 3,5...5,5 раз в зависимости от высоты. В кабине самолета при полете над облаками и в стратосфере яркость солнца может быть еще больше. Для глаз (зрительной системы) человека комфортный уровень освещенности наблюдаемых объектов составляет примерно 300...1000 люкс [2] . Следовательно, для эффективной оптической защиты зрения от прямого света солнечного диска необходимо снижать яркость в 100-300 раз для условий равнины и в 500-2000 раз в горах и в стратосфере.
     Технические ОС в фото, видео камерах выполнены, как правило, в виде КМОП или ТТЛ матриц, верхний предел оптического динамического диапазона которых около 1000 люкс [3]. Те области апертуры ОС, на которые попадает прямой свет солнца, приходят в состояние глубокого насыщения, ведущего к нарушению работоспособности ОС и системы отображения в целом.
     Для сохранения работоспособности ОС в составе технических систем отображения наиболее часто используются апертурные диафрагмы (как правило, в виде ирисовых диафрагм, где изменяется площадь центральной части апертуры за счет кругового движения светонепроницаемых лепестков специальной формы). Диафрагмы располагаются вблизи линз (внутри объективов), формирующих изображения сцен на поверхности ОС.
     В глазу человека вблизи хрусталика, выполняющего роль линзы, световой поток регулируется с помощью изменения диаметра зрача (отверстия в радужной оболочке глаза).
   Традиционные светозащитные средства (фильтры), имеющиеся на рынке, характеризуются одинаковым значением оптического пропускания по всей апертуре фильтров.

Традиционные светозащитные фильтры

Известные светозащитные средства основаны исключительно на фильтрах с однородным значением затухания K_U по апертуре.
     Обычные солнцезащитные очки (первый слева фрагмент рисунка сверху) являются пассивными, т.е. характеризуются неизменным значением K_U во времени. Типы таких очков отличаются величиной K_U: очки общего назначения с средними значениями (50–20%) пропускания,, темные очки (18–8% пропускание) для высокогорья и пляжа, очень темные (7–4%) для снежных горных вершин икстремально темные (≤4%) для высокогорья с ледниками [4].
     Активные светозащитные средства характеризуются изменением величины пропускания во времени. В фотохромных очках (второй фргамент рисунка) оптическое затухание может меняться в несколько раз за несколько минут под действием солнечного исвета, в основном - его ультрафиолетовой (УФ) составляющей. По этой причине фотохромные очки, как правило, не могут работать в застекленных помещениях, не пропускающих УФ излучение. Кроме того, затемненность фотохромных очков уменьшается при повышении температуры.
     Бесполяроидный жидкокристаллический (ЖКК) “e-tint” фильтр используется как в форме очков третий фрагмент рисунка), так и встраивается в смотровое окно мотоциклетного или лыжного шлема (четвертый фрагмент). Такой фильтр содержит в ЖК слое раствор дихроичного красителя, молекулы которого при совместном повороте с ЖК молекулами (являющимися электрическими диполями, ориентация которых меняется под действием внешнего управляющего электрического поля)изменяют общее пропускание ЖК слоя (эффект "гость-хозяин" - "guest-host"). Этот фильтр характеризуется контрастом 6:1, временем срабатывания около 0,1 с и оптической эффективностью около 50% в открытом состоянии [5]. Такой фильтр весит больше фотохромных очков и требует источника питания. Его использование целесообразно, когда требуется более быстрое измемение оптического пропускания по сравнению с фотохромными очками. Однако достаточно темные пассивные солнцезащитные очки таким фильтром не заменить из-за небольшого диапазона изменения оптического пропускания в этом фильтре.
     Для понижения экстремально яркого света сварочной дуги разработаны и широко используюся автоматические сварочные маски, встроенные в шлемы. Они характеризуются быстрыми временами затемнения (около 50-100 мкс) и очень высоким контрастом (до 10⁵:1) [6, 7], для чего в них используются оптические затворы на двойных ЖК слоях. Онако сварочные макси характеризуются узким полем зрения (≤20°) в закрытом состоянии и низкой оптической эффективностью (около 8–15%) в открытом состоянии.
     Для снижения в ночных условиях яркости слепящего света от фар попутных автомобилей, идущих сзади, на рынке имеются электрохромные зеркала заднего вида (крайний справа фрагмент рисунка), а таже разработаны активные электрохромные смотровые окна для мотоциклетных шлемов [8, 9].

Сравнение ЛАСФ с конкретными
вариантами традиционных светозащитных фильтров

Ссылки

1. URL: https://wiki2.org/en/Solar_output.
2. URL: https://habr.com/ru/post/161997/
3. URL: https://sk46.ru/article/017/
4. URL: https://www.kant.ru/articles/2724201/
5. B. Taheri, P. Palffy-Muhoray, T. Kosa and D. L. Post, "Technology for electronically varying helmet-visor tint," Proc. SPIE, 4021, 114-119 (2000).
6. S. J. Palmer, “The optical properties of automatically darkening welding filters based on liquid crystal technology,” Durham University theses (1995).
7. A. Vrečko, J. Pirš, S. Pirš, and D. Ponikvar, "High contrast, wide-viewing angle LCD light filter," SID Digest of Tech. Pap., 36, 164-167 (2005).
8. K. L. Ash, W. L. Tonar, F. T. Bauer, and K. E. Roberts, "Electrochromic mirrow with two thin glass elements and a gelled electrochromic medium," U.S. Patent No. 6,934,067 (2005).
9. C. G. Granqvist, E. Avendano, and A. Azens, "Electrochromic coatings and devices: survey of some recent advances," Thin Solid Films, 442, 201-211 (2003).