CN101592793A

CN101592793A - 全自动角度遮光眼镜

Info

Publication number: CN101592793A
Application number: CNA2008101130223A
Authority: CN
Inventors: 陈明彻
Original assignee: BRIGHTEN OPTICS Ltd
Current assignee: Beijing Ming Bo Bo Technology Co., Ltd.
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: CN101592793B

Abstract

全自动角度遮光镜属于液晶太阳镜领域，其特征在于，在眼镜架的鼻托前端有一个光入射角度和光照度传感器，该鼻托内的微处理器依次通过印刷电路板、连接器控制着液晶镜片上连接到该镜片上贴着的透明导电膜的两个电极，在具有一定入射角度的光照下，微处理器通过印刷电路板输入所述传感器上两个输出端的光电流，当微处理器判断该电流高于设定的阈值时，就分别向所述两个电极输出频率相等，但占空比不同的控制电压，使在入射角作用处的液晶镜片的透过率下降，而从其他入射角入射的入射光线通过该液晶镜片。本发明具有结构简单、体积小、省电的优点。

Description

全自动角度遮光眼镜

技术领域

本发明属于液晶太阳镜技术领域。

本发明相关于一类液晶太阳眼镜，其镜片的透过率分布可以改变，以将视野中强光部分的光线减弱。

背景技术

由于液晶的电光控制效应，人们把它用于显示技术已经有很多年了。其中显示屏的均匀性，或者显示的视角宽度，始终是一个众所追求的技术问题。在液晶显示中的一个基本现象是，从不同的角度看去，液晶屏上的图案的黑度和反差的是不一样的。进一步的研究表明，对同一个观察角度，液晶屏上同一区域的黑度随着所加电压的不同而变化。本发明利用这一特点，制成一种选择性的遮光眼镜，这种眼镜只把以某个角度范围内射向人眼的光线遮挡去一定的百分比，而其他的角度入射的光线不受遮挡。当与入射光束角度传感器配合使用时，这种眼镜可以实现一种特殊的功能，既是只把太阳光或其他不想要的强光从人的视场中滤掉，而实现一种“只遮太阳不遮路”的效果。

以前的发明中有一些液晶太阳眼镜，其镜片被划分为点阵，从而遮挡视野中的一部分光线。在有一些眼镜发明中，位于眼睛和光源之间的一个条块遮挡光线，这些眼镜必须在人眼和镜片之间保持一个固定的距离，从而计算入射强光的角度。

发明内容

这项发明的目的是提供一种遮阳镜，能根据测量到的入射光的角度在一定范围内控制光线的透过率。所有的眼镜镜片不需要划分成条块状的电极，只有两个平面电极，就可实现动态遮挡一定方向的强光。

这项发明的另一个目的是，在低透过率区域和高透过率区域之间，能够提供连续的灰度变化。

这项发明还有一个目的是，能够在人眼和镜片之间提供一个固定的关系，从而不要求调节人眼和镜片之间的相对位置。

本发明的特征在于，含有：眼镜架，液晶镜片，太阳能电池，印刷电路板，微处理器，后盖，以及光入射角度和光照度传感器，其中：

眼镜架，由左、右镜框及连接所述左、右镜框的鼻托组成，所述左、右镜框都是带夹层的；

液晶镜片，其透过率是所施加控制信号电压及信号占空比的函数，该镜片的镜面为平面形，由分别嵌入到所述左、右镜框内的两块液晶镜片构成，每个液晶镜片采用正性TN-液晶，所述液晶镜片的两个面都有一层透明的导电膜，所述导电膜各自连接到附着在该液晶镜片的连接器的管脚上，构成电极，该液晶镜片在可见光范围内的透过率和加在所述电极上的控制电压与占空比有关：当控制电压低于设定的阈值时，液晶镜片的透过率不变；当控制电压高于设定的阈值时，随电压的增加及信号占空比的增加镜片的透过率下降；

该液晶镜片在可见光范围内的透过率和加在所述电极上的控制信号有关：当控制的电压低于设定的阈值时，液晶镜片的透过率不变；当控制信号的电压高于设定的阈值但又小于设定的最大值时，透过率随信号的电压升高及信号的占空比提高而下降；当控制电压高于设定的最大值时；，由于液晶盒与偏振片的角度特性，人眼通过液晶镜片看外界时，在镜片的上方会出现一个沿水平方向的黑带，此黑带随电压的进一步升高而下移，此黑带与人眼的视角方向相关而与眼镜离人眼的距离无关，所以不会因为不同人戴眼镜的习惯而出现不同。本发明正是利用此特性，在外界光较强时，可以控制黑带在镜片上的位置，以动态地遮挡住某些方向的强光，增加人眼的视场观察力。

光入射角度和光照度传感器，是一个光电传感器单元，上、下各有一个光电管，中间固定连接着一块遮光板，该光电传感单元嵌在所述眼镜架的鼻托内的前镜框架中，光电流输出端和所述电极通过所述印刷电路板连接；所述光电传感器单元的法线与液晶镜片的法线重合，当入射光垂直入射到所述传感器时，两个光电管检测的光电流I_a与I_b相等，当入射光以一定角度入射时，在所述遮光板的影响下，两个光电管的有效感光面积不相等，使光电流I_a、I_b也不相等，则(I_a-I_b)/(I_a+I_b)的量与入射角成正比，I_a+I_b的值则正比于加在所述微处理器输入端的电压；

微处理器，位于所述印刷电路板上，该微处理器的两个光电流输入端通过印刷电路板分别和所述两个光电流输出端相连，该微处理器的两个控制电压输出端依次经过所述印刷电路板、连接器和液晶镜片上的两个电极相连，以便把光电流转换成数字信号，供该微处理器依次按以下步骤向液晶镜片输出控制电压：

步骤(1)，向该微处理器输入工作电压阈值，它与光照度的临界值成正比；

步骤(2)，当光照度低于其临界值时，该微处理器的输入电压低于所述工作电压阈值，则不启动，所述液晶镜片的电极无控制电压输入；

步骤(3)，当光照度高于其临界值，光电流I_a+I_b形成的微处理器的输入电压值大于工作电压阈值，数字集成电路芯片启动，向液晶镜片的一个电极输出一个频率、占空比都设定的方波电压信号，同时执行步骤(4)；

步骤(4)，按下式计算入射角θ：

θ＝K*(I_a-I_b)/(I_a+I_b)；其中K为一60-90的设定值；

步骤(5)，向液晶镜片的另一个电极输出频率相同、异相且保持设定相差的方波电压信号，于是在所述两个方波电压信号间的液晶镜片区域形成一个电压一定占空比可变的控制信号使该入射角θ对应的所述液晶镜片区域的透过率下降很多，从其他角度照射到液晶镜片上的光线透过率下降较小；

后盖，嵌入在所述眼镜架鼻托的靠近人体鼻梁的后面框架中，从而由该鼻托的前、后面框架，左、右镜框以及光电传感单元共同形成了一个内腔；

太阳能电池，左、右各一个，被装配在所述眼镜架靠近左、右眼镜腿部分的第二内腔中，并通过印刷电路板向所述数字集成电路芯片、光传感器单元供电。

该眼镜的功能是：根据光源的方向，减小一定入射角度范围内镜片的光线透过率。透光率的减弱通过一个电子电路系统来控制，该系统包括一个电源，一个角度传感器，一个控制电路，少量静态电子元器件，和液晶镜片。传感器测量眼镜的入射光的平均角度，控制电路将角度测量值转换为相关的信号，并将信号加载到至少一片液晶镜片上，液晶镜片在一定入射角度范围内透过较少的光线。镜片透光率减小所对应的入射光角度范围响应测量到的入射光角度。

该发明是一个遮阳眼镜，根据测量到的入射光角度，或手动调节，其光的透过率在一定范围内减弱。

附图说明

图1是眼镜的外观图。眼镜架1支托两片液晶镜片3，还包含角度探测器4。角度探测器4探测照到眼镜上的入射光的平均角度，如果光线足够明亮，通过镜片的相应角度范围的光的透过率减小。

图2是对眼镜作水平剖面的示意图，剖面线用2表示。

图3是对眼镜作放大时，所取的鼻托部分示意图。

图4是眼镜鼻托部分的剖面图。镜架1包含一个内腔9，电子部件装配在内腔9中。角度探测器4位于眼镜的前表面，和印刷电路板5连接，微型控制器6和其它电子元件附在印刷电路板5上。液晶镜片3通过穿过孔洞10的连接器7和印刷电路板5的电路连通，为防止水进入内腔，孔洞10可以被封起来，一个后盖8盖住内腔9。

图5中的图展示了在一系列电压下TN类液晶显示屏的角度特性。液晶镜片的透过率是加在镜片上的电压差的函数，随着加载电压的升高，最小透过率的角度接近一个通常到镜片表面的角度。

图6说明光线透过率和入射角度之间的相关性。角度探测器4探测光线11的强度和入射角度，如果光强度超过一个限定值，液晶镜片被启动遮挡测量到的入射光角度13中心部分入射角度12的光线。从其它角度照射到液晶镜片上的光线，如从入射角度14来的光线，可以通过镜片，其透过率和处于未启动状态的液晶镜片的透过率相似。从一部分入射角度来的光，有效地被镜片遮挡住，对配带者来讲，就是保持一个没有变暗的视野，其中来自光源处的强光被一条暗影条纹所遮挡。

图7是系统的计算机流程框图。角度探测器4探测入射光角度，如果光强数值足够高，则微处理机6启动。微处理机6从角度探测器4采集模拟数据，并通过其模拟-数字转换器，将数据转换为数字数据。微处理机6通过计算得出光线的入射角度和输出信号的相应的占空比，给液晶镜片3产生输出信号，于是在镜片3的相关位置处出现带状暗影条纹，从而遮挡来自该入射角度的光线。

图8展示了当液晶镜片启动时出现的带状暗影条纹和它的灰度变化。

图9为本发明的电路示意图。

图10为信号波形图。

具体实施方式

这项发明的样机是由一个角度探测器、一个控制电路和液晶镜片组成。眼镜操作的电源来自太阳能电池，作为其它选择，其电源还可以来自其它光电池，角度探测器本身，或普通电池。

角度探测器是安置在一个遮光板后面的双光敏二极管。角度探测器装在眼镜架上，和液晶镜片保持一个固定的位置关系。角度探测器可以采用Hamamatsu Photonics公司市场销售的产品，型号是S6560。它可以根据每一个光敏二极管感应到的光照度，输出电流到探测器的两个管脚。一个能感应可见光或紫外线的双光敏二级管可以作为S6560探测器的替代品。一个对方位感应灵敏的探测器、CCD(电荷耦合装置)阵列，或其它形式的角度测量感光探测器，可以替代角度探测器中的双光敏二级管。每一个电流信号通过运算放大器被转换为电压信号，此电压信号被数字集成电路芯片中6的模数转换器转换为数字信号，光源的方向因此而被计算出来。另一个选择是，通过每个光敏二极管的电压可以直接测量得出，而不需要这样的电流和电压的转换。角度探测器也可以被手动调节控制装置如电位计所替代。

数字集成电路芯片6使用Texas Instruments公司产品，型号是MSP430F2012，这种数字集成电路芯片6已含模拟-数字转换器。还有很多其它数字集成电路芯片可以作为适合的替代品，已含运算放大器的微型控制器也可以作为一个选择，如Texas Instruments公司的产品，其型号为MSP430F2234。控制电路可以设计为使用逻辑门和放大器的组合，而代替微型控制器的使用。

当光照强度高于一个限定值，微型控制器产生两个信号，加在第一个输出管脚上的第一个信号，在微型控制器的参考地电压和供应电压之间变化；在第二个输出管脚上的第二个信号，在微型控制器的参考地电压和供应电压之间变化，和第一个信号异相，并保持一个固定的相差。两个信号的占空比被选定以产生一个需要的标准差电压。当加在微型控制器上的电压不足以启动它时，微型控制器发出参考地电压到两个输出管脚。

输出到两个管脚上的信号加载到至少一个TN型液晶镜片的两个管脚上。TN型液晶材料是显示类应用中使用最广泛的材料，在市场上能够很方便的找到原料。任何其它类型的镜片，如果最小透过率的角度是所施加电压的函数，也可以是液晶镜片的替代品。每一个管脚和液晶镜片的一个透明导电层连接，对两个透明导电层之间电场的应用，引起液晶微粒的重新定位，在一定入射角度范围内，减小光线的透过率。

其具体控制方法为，利用信号的电压不同确定黑带在镜片上的位置，利用信号的占空比不同，改变镜片的平均透过率，从而实现动态遮住特定方位强光的同时可以根据环境光决定镜片平均透过率的目的。其中，黑带在视场出现的角度T＝g×(3.1-V)，式中，g＝71.4；V是控制信号的电压幅值，进一步地，当V＝2.4v时，黑带出现在镜片上方正50度的方位；当V＝3.1v时，黑带出现在镜片中心，0度平视方位，当V＝3.8v时，黑带出现镜片下方负50度的方位。

当镜片离人眼很近，透过率减小时的角度范围在镜片上出现一个暗影条纹以遮挡光源。镜片是有方向性的，所以暗影条纹充分按水平方向呈现，尽管条纹也可以按其它方向呈现。条纹呈现的宽度取决于镜片和人眼间的距离。基于正常到镜片表面的距离，条纹的中央有一个中央角度，中央角度不取决于人眼和镜片间的距离。如果暗影条纹是水平的，中央角度不根据人眼中央和镜片顶端之间的距离而变化。因此，暗影条纹在镜片上出现的位置是独立的，不受眼镜配戴的方式及配戴者脸部形状的影响，每副眼镜可以被普遍地配戴，而不用重新校准。

Claims

1、全自动角度遮光镜，其特征在于，含有：眼镜架，液晶镜片，太阳能电池，印刷电路板，微处理器，后盖，以及光入射角度和光照度传感器，其中：

液晶镜片，其透过率是所施加电压的函数，该镜片的镜面为平面形，由分别嵌入到所述左、右镜框内的两块液晶镜片构成，每个液晶镜片采用正性TN-液晶，所述液晶镜片的两个面都有一层透明的导电膜，所述导电膜各自连接到附着在该液晶镜片的连接器的管脚上，构成电极，该液晶镜片在可见光范围内的透过率和加在所述电极上的控制电压有关：当控制电压低于设定的阈值时，液晶镜片的透过率不变；当控制电压高于设定的阈值时，透过率下降；

步骤(4)，按下式计算入射角θ：

θ＝K*(I_a-I_b)/(I_a+I_b)；其中K为一个60-90之间的设定值步骤(5)，向液晶镜片的另一个电极输出频率相同、异相且保持设定相差的方波电压信号，于是在所述两个方波电压信号间的液晶镜片区域形成一个电压差，使该入射角θ对应的所述液晶镜片区域的透过率下降，从其他角度照射到液晶镜片上的光线则可透过；

2。根据权利要求1所述的全自动角度遮光镜，其特征在于，所述的镜片呈曲面形。

3。根据权利要求1所述的全自动角度遮光镜，其特征在于，所述的太阳能电池用锂离子充电电池、或镍镉充电电池代替。

4。根据权利要求1所述的全自动角度遮光镜，其特征在于，所述的后盖是镜架的一部分。