CN102317843A - 可连接的光学元件装置及方法 - Google Patents

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戴米恩·伯特
克莉斯汀·马丁西克
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Abstract

用于组装护眼设备的光衰减光学装置，其包括用于可变地衰减光透射的具有电控宾主液晶电池的光学元件、包括第一及第二塑料基底的液晶电池。控制器与液晶电池电连接，并设置为可选择地提供跨液晶电池的电压。所述控制器具有用于电连接控制器和电源的装置、及用于将控制器附于护眼设备的装置。所述光学元件具有用于将光源元件的外缘附于护眼设备的观测透镜的表面的设装置。

Description

可连接的光学元件装置及方法
相关申请的交叉引用
该申请要求2009年1月30日提交的序列号为61/148,515、发明名称为“可连接的光学元件装置及方法”的美国临时申请、及2009年2月13日提交的序列号为61/152,471、发明名称为“可连接的光学元件装置及方法”的美国临时申请的优先权。
背景技术
防护的和提升性能的头盔、防护镜以及其他的诸如护眼设备，通常为配戴者的眼睛提供保护作用，同时例如通过经设备的观测透镜放大、净化、加深、着色或者淡化(变白)光透射还可保持或者增强配戴者的视力功能。为了达到理想的光学性能，观测透镜应当可以适于包括如雾天、水汽凝结、强光照射或暗处的多种条件的最小化、避免或补偿功能。一种配戴护眼设备的用户所寻求的光学性能是在明亮环境下其吸收或减少阳光和/或眩光的量的能力。令人满意的情况是这种光吸收应该快、且可逆的(从而在黑暗中护眼设备恢复到“清晰状态”)。在一定条件下，配戴者应该能够控制此装置对光的吸收量或者自身的颜色。另外一些情况下，需要设备对光做出自动的应答。也希望提供这种能够易于应用于任何护眼设备的售后市场设备的装置。某些情况下，终端用户使这些装置为可拆装的是很有利的。
过去暗色化的或者自染色的护眼设备存在着很多缺点。例如，将这种装置与如摩托车头盔的护眼设备的观测透镜整合已被尝试过。然而，这种装置通常为头盔面罩的必须部分，只能随同特定的头盔一起购买和使用。而且这种装置与头盔面罩是不可分离或者不是可移走的。
速度也是一个因素。如光致变色装置的许多装置对光条件的改变反应较慢。另外，使用者不能控制装置的着色的颜色及量或光吸收能力，包括在使用或者不用时“切断”设备的能力。
因此希望提供一种可以运用于如头盔面罩的任何护眼设备的整装独立设备，以提供着色或者光吸收功能。也希望与现有调色装置相比，相应于光(如炫目的阳光)或较暗的环境，观测区的颜色变化发生的更快。而且，有时还希望这种装置是可拆装的，这样终端用者在不需要使用时就可以将其拆下。也希望提供具有使用者可以借此控制定时、着色或遮蔽(暗化)的程度和/或装置的颜色的装置的着色或者光吸收设备。然而有时，希望利用或无需没有使用者的输入，装置能够对光的变化自动做出反应。另一个期待的特性配置当不用时切断设备的主控开关的设备，从而节约电池寿命，或在使用者希望时停止装置的运行。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种为护眼设备提供视力提高性质的光学元件或插件。此光学元件包括可以衰减光透过的电控液晶电池。
相应的，在一实施例中，提供了一种包括光学元件的光学设备，所述光学元件包括用于可变地衰减光透过的可变的光衰减液晶电池或光致变二色性染料电池，还包括用于操作光学元件的控制器，其中，在护眼设备制备后，所述光学元件被设置附于加工后的上述护眼设备(即“售后市场”产品)。
例如，可以由设备的制造商、批发商、销售者或终端用户将这种光学元件置为可拆卸的或永久连接到设备的观测区域。
典型的控制器包括用于施加跨液晶电池的电压的驱动电路和激励器或者激励电路。控制器也可包括如开关或按钮的用户可操作的激励装置，或者也可以通过激发使用位于非控制器本身的另一场所的激励装置而被远程激活。在其它实施例中，控制器可以由如光传感器或光敏开关的自动控制装置辅助地或者任选地控制。控制器可包括电源，或者与为所述护眼设备的组成部分的电源连接。所述控制器可以为光学元件的组成部分，或为在护眼设备制备完成后附于其上的独立组件。电源可以是电池(可以为充电的或非充电的)、或太阳能电池或其组合。
在一些实施例中，控制器与用于感应入射的可见光或紫外光的量的光传感器电连接。所述光传感器可以与光学元件成为一个整体，或者设置在护眼设备内。
在一则实施例中，所述视力提高装置是可电调节的，以相应于亮度或强度的增加或减少、或者相应于设备的外观审美的变化而提供对所述光学元件的着色、遮蔽、或者光吸收或反射的自动或用户调控的调节。如此处所述，着色或遮蔽的变化也可以包括光学元件的色彩(颜色)的变化。所述设备可以提供两种(如开/关)或者更多的着色或吸收设置，其可以由用户选择性地调节(比如通过激活开关)，或者相应于光条件的变化(例如通过从光接收器传输到液晶电池面板上的电信号)自动调节，或者通过手动与自动控制相结合进行调节。在一些实施例中，所述控制器被远程驱动的。
在某些实施例中，所述控制器包括关闭光学元件电源的主控开关。
另本发明的其它实施例中，通过使用此处所述的用于在护眼设备制备后附于其上的包含光学元件和控制器的装置，现有的护眼设备可以调整提供视力提高特性。
本发明还提供了利用此处所描述的视力提高装置改变护眼设备观测区域的光吸收和光透过特性的方法。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的特点以及优点将会变的更加清楚，其中：
图1为本发明的具有电控光学元件和控制器的头盔面罩的正透视图；
图2为图1中的光学元件和控制器的主视图；
图3为本发明的光学元件中所用的宾主液晶电池的正面剖视图；
图4为图1中的头盔面罩、光学元件和控制器的俯向透视图，图中光学元件与头盔是分离的；
图5为图1中的头盔面罩和光学元件的俯向透视图，图中光学元件与控制器相连接并与头盔邻接；
图5A为本发明的头盔面罩的俯向透视图，图中光学元件通过经面罩内通孔延伸的有线连接与控制器电连接；
图6为处于分离状态的光学元件和头盔面罩的部分俯向透视图；
图7为处于连接状态的图6中的光学元件和头盔面罩的部分俯向透视图；
图8为头盔面罩的侧视图，图中电控的光学元件被设置在锚定销装置内，控制器与面罩的外表面的上缘相连接；
图9为图8中头盔面罩与光学元件的部分俯向透视图，显示了松散地邻接于头盔面罩的光学元件，以及用于光学元件固定于头盔面罩的分离的锚定部件；
图10为图8中头盔面罩与光学元件的俯向透视图，显示了固定在头盔面罩的内表面的光学元件、附于头盔面罩的外表面并与光学元件电连接的控制器；
图11为图8中头盔面罩与光学元件部分后视图，显示了使用锚定部件固定于头盔面罩的光学元件；
图12为图8中头盔面罩与光学元件的部分后视图，图中光学元件与锚定部件分离；
图13为光学元件与具有外周定位法兰安装装置的头盔面罩的部分俯向透视图，图中光学元件与头盔面罩分离；
图14为光学元件与具有侧面定位法兰底板装置的头盔面罩的部分俯向透视图，图中光学元件与头盔面罩分离；
图15为图14中光学元件与头盔面罩的俯向透视图，图中光学元件固定于头盔面罩；
图16为光学元件与具有用于固定光学元件的凹槽的头盔面罩的部分俯向透视图，图中光学元件与头盔面罩分离；
图17为图16中光学元件的剖面图；
图18为图16中头盔面罩与光学元件的剖面图，图中光学元件与头盔面罩装配在一起；
图19为控制器、电源和激励设备与光学元件连接的示意图；
图20和21为电控光学元件的部分后视图，图中的电导扣环部分与光学元件是拆开的；
图22和23为图20和21中的电控光学元件的部分后视图，图中的电导扣环部分与光学组件装配在一起；
图24为图1-2中的与控制器通过有线连接电联的光学元件的部分的后视图；
图25为与控制器电连的光学元件的部分后透视图，图中控制器使用夹子装置连接到头盔面罩上；
图26为本发明的头盔面罩背面一部分的透视图，图中光学元件电连接到控制器上，控制器与头盔面罩通过夹子装置连接，所述夹子装置用作电连接和控制器的固定器；
图27为包含了作为组成部分的太阳能电池光接收器和控制器的光学元件的主视图；
图27A为图27中的太阳能电池接收器的放大示意图；
图28为图27中光学元件中的太阳能电池控制装置的正面剖面图；
图29为具有与装配在头盔内的太阳能电池光传感器电连的电控光学元件的头盔的正透视图。
具体实施方式
图中示意性所示设备结构具有为权利要求书所述元件的实例的部件。这些示例性结构因此包含了本领域普通技术人员如何能够制备、使用要求保护的发明的实例。
这里所描述的目的在于满足专利条例中的实例和最佳实施例的要求，而没有强加权利要求书中没有详述的限制。权利要求书所用的术语具有其全部或普通意义。
计划本发明的应用涉及利用具如头盔或护目镜的护眼设备的光学增强装置的方法、装置及设备。
所述视力提高装置包括光学元件和用于操控所述光学元件的控制器。所述光学元件包括用于可变地衰减光透过的电控宾主液晶电池、电连接至液晶电池并被设置使为可选择提供地跨液晶电池的电压的控制器和与控制器电连接的电源。光学元件和控制器被设置为附于制作完成之后的护眼设备。
在一些实施方式中，光学元件永久地附于护眼设备。
在另一些实施方式中，光学元件可拆卸附于护眼设备。
在一些实施方式中，电源是控制器的组成部分(即，电源和控制器被设置在一个整体单元内)。
在另一些实施方式中，电源设置在护眼设备或光学元件内。
在一些实施方式中，控制器设置在光学元件内。
在另一些实施方式中，控制器和电源都设置在光学元件内。
在上述任一实施方式中，控制器可以包括手动控制装置。
在一些实施方式中，手动控制装置独立提供，用于远程驱动控制器。
电源可以是蓄电池、充电电池、太阳能电池或其组合。
在一些实施方式中，控制器电连接于光接收器。
光接收器可以设置在护眼设备、光学元件或控制器内。
此处，也构思了包括包含用于衰减光透过的光致变色二向色染料电池的光学元件的视力提高装置。光学元件被设置为在护眼设备制作完成之后与其连接到一起。
一些实施方式中，所述设备还可包括与光致变色二向色染料电池电连接、并设置为可选择地提供跨电池的电压的控制器，还包括与用于操控光学元件的控制器电连接的电源。
一些实施方式中，护眼设备为摩托车头盔的面罩。
图1、2、4和5显示了根据本发明的视力提高装置的实例。由此，光学元件10包括衬垫15，其至少部分包围光学元件10的观测区域18。衬垫可以由泡沫、硅、聚安酯或者任何可以提供隔热和/或可充当防湿层的材料制成。一些实例中，在衬垫层中开有孔或缝隙，这样衬垫15就不能完全地包围住光学元件10。
光学元件10可以附于护眼设备的观测透镜的表面，比如在头盔面罩20制作完成后附于其内表面。光学元件10与如图5所示的本身可附于观测透镜的控制器连接。不同的实施方式中，如下面将作更详细的讨论，控制器可以附于头盔面罩20的内表面或外表面，和/或可为光学元件10组成部分。一些实施方式中，例如，控制器可以包括激励装置(如开关、按钮等)，比如可将其设置在护眼设备上使用者可以到达的某个位置。如图1、2、4和5中所示实例中的控制器包含在开关盒80内，开关盒80设置有用于使用户激活控制器的激励按钮85、及电源(如蓄电池或充电电池)。开关盒80附于头盔面罩20的外表面。如图4和图5所示，光学元件10通过弯曲接头14(下面将详细描述)和连线82与开关盒80电连接。
光学元件的光学特性
在一则实施方式中，光学元件包括位于两个塑料基底之间的利用宾主技术的电控可变光衰减液晶电池。宾主技术包括基质材料和光吸收二向色染料客体。这种液晶电池在美国专利No.6,239,778(Taheri等)被有详细描述，此处通过引用包含其所有内容。
液晶电池与或设置为护眼设备组装，以可选择地或自动地调节装置的光吸收。传输到液晶电池底板的电信号改变在液晶电池中分散的光衰减二向色染料的方向，因此改变了液晶电池底板的光衰减或吸收。
此处所构思的可变光衰减液晶电池的实例如图3所示。可变光衰减液晶电池126包括间隔分离的对置基底150A和150B，其中，各基底提供相应的透明电极层152A和152B，其可以由铟锡氧化物、导电聚合物或者其他适合的导电材料制成。电极层允许施加跨基底之间的间隙的电压。所述基底可以是平的、弯曲的或者二次曲线的。典型的基底材料为具低双折射效应的弹性塑料。在一些实施方式中，一层或两层基底包括25μm～1.5mm厚的聚碳酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和纤维素三醋酸脂纖維(TAC)、周期烯烃共聚物(COP)、或其它光学级的塑料材料。
如有需要，可以在各电极层或只在其中之一上设置配向层154。该配向层可以校准与配向层相邻的液晶分子，其中，所述分子成为衬底之间所容纳的液晶材料的一部分。间隙通常在两基底之间形成，并且保持间距，这是技术领域所共识的。因此，相对的基底150形成容纳液晶或者其它电光材料(如下面描述的电致变色或光致变色二向色材料)与二向色染料的混合物的间隙156。
各电极层152A和152B均与如图19所示的典型地包括驱动电路210、电源230和激励器或激励电路220的控制器159连接。控制电路通过适当的方式施加电压和/或电压波形，以改变液晶材料的方向。通过改变液晶材料的方向，便可获得各种光学性能(如吸收、零吸收、高透射、低透射和中间状态)。由此，此处所述的可变光衰减液晶电池可以改变着色。为了说明的目的，光学元件的不同状态可称作光学元件允许最大量的光通过的“透明状态”，或光学元件允许最少量的光通过的“黑暗状态”，或者介于完全透明状态与完全黑暗状态之间的任何状态。吸收谱可以是宽带的(即跨越整个可见光谱吸收)或者跨越选择带或区域的可见光谱。光学元件的光透过率范围可以是从90％的透明状态至10％的黑暗状态，及中间的任意值。一些实施例中，处于其透明状态的光学元件的透过率分为90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或50％。一些实施例中，处于其黑暗状态的光学元件的透过率为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。在一个优选实施方式中，光透过率在透明状态下高于60％，在黑暗状态下低于20％。另外，光学元件可以预防紫外线。设置光学元件中使用的可变、光衰减液晶电池，从而其是故障保险的，即当液晶上没有被施加电压时就恢复为透明状态。典型可变光衰减液晶电池的另一个显著特征是不使用偏振元件。
另一些实施例中，光学元件包含光致变色二向色电池，其包含包括液体材料和光致变色染料材料的光敏混合物、和携带所述混合物的介质，其中，混合物在第一和第二条件之间变化，所述第一条件使基本所有的光都通过混合物，所述第二条件吸收通过混合物的光。包含液体(如液晶)材料和光致变色染料材料的混合物在专利为No.6,999,220美国专利“用于自适应反光视力保护的显示光诱导二向色性的装置”(Kosa等)中有更加详细的描述，其所有公开信息在此通过引入被包含。这种混合物将展示光诱导二向色性。研究还发现通过将光敏染料材料混合至液晶液态材料中，恢复时间(即材料由吸收(暗)状态回复成透明状态所需要的时间)可以由5-15分钟减少到2-20秒，这被认为是利用流体基质的特性。
流体材料可以是任何流体材料，在一实例中，流体材料为液晶材料。液晶混合物可以是包含、但不限于如向列型、手性向列型和聚合体液晶材料的]各向异性液晶材料。液晶材料和光致变色染料材料的混合物对紫外线照射起反应，以同时吸收和极化光束。当去除紫外光时，混合物在一个相对短的时间周期内恢复到它的初始情况，也就是说，混合物可以根据紫外光的强度改变光透射。而且，该装置可以被动地执行这些功能，而无需电开关，或者主动地(电控地)实现这些功能，以精确控制吸收量，或者通过主动控制与被动控制结合的方式实现这些功能。
作为基质材料使用的向列性液晶材料还增强了光学元件的性能。而且，向列性液晶材料本身具有光致变色特性是可能的。利用液晶材料，当不存在明亮的紫外光时，不考虑其偏振态，光学元件基本是透光的。然而，当利用如在太阳光在发现的明亮激励光或紫外光辐射光学元件时，其优先吸收至少一个可见光的偏振分量，以充分减少阻碍视力清晰的刺眼光，同时也吸收部分光。如果去除紫外光，光学元件返回至其透明状态。同样地，光学元件同时实现了抗闪耀功能和吸收功能。最重要的是，抗闪耀功能只在闪耀光成为问题时的明亮环境中才发挥。因为没有除自然产生的太阳光外的刺激引起在透光和吸收光之间的设备条件的改变，所以这项功能是被动的，。
在一则实例中，混合物由聚合薄膜承载。同样地，光学元件可以利用热、溶剂或聚合诱导的相分离将混合物整合至聚合材料中。另外，混合物可以包含由已知方法制备的具嵌入的光致变色染料材料的聚合物液晶。这起到锁定染料的方向并保留本发明的期望特征的功能。
因此，本发明的光学元件的一则实施方式包括流体材料和在混合物中表现二向色性的光致变色染料材料。其中混合物由介质承载。在该装置中，混合物在第一条件和第二条件之间变化，第二条件在暴露于任何波长的紫外光时吸收并极化光线、及衰减至所述第一条件的混合物，这样当消除任何紫外光暴露时使所有的可见光通过混合物。
通过对此光学元件施加电场，即使当产生所述电场的任意波长的紫外光存在时，可以人为控制或自动控制第一和第二条件之间的变化，以控制上述光致变色染料材料的方向。在一则实例中，通过产生这样的电场，甚至当任意波长的紫外光存在的情况下，可以向其第一条件推动混合物。另一则实例中，通过产生电场，甚至当任意波长的紫外光存在的情况下，可以通过优先吸收偏振分量而向其第二条件推动混合物。在再一实施例中，通过产生电场，甚至当任意波长的紫外光存在的情况下，可以向其第二条件推动混合，以吸收可见光，而非任意偏振分量。
返回图3，围绕液晶或光致变色二向色电池126、或在其周围提供边缘密封160，以容纳基底之间的液晶染料混合物材料。这种可变光衰减液晶电池在公开号为.6,239,778、6,690,495和7,102,602美国专利，以及共同待决的公开号为2008/0013000的美国专利申请中有更加详细的描述，其所有公开信息在此通过引用而被包含。
可以理解，利用本申请中描述的一项或者多项发明特性，可以多种光学元件与多种护眼设备或光透设备的观测透镜组装到一起。比如，这种发明特性可以运用于如防护性或视力改进的护目镜或眼镜、或如头盔面罩的其他防护性眼镜设备的设备的观测透镜。
根据本申请的内容，光学元件被设置固定于护眼设备。在另一些实施方式中，在“售后”装备提供光学元件，所述售后装备用于由如零售商或终端用户的个人、而非头盔的最初生产者将它与预装配的护眼设备(如头盔)的观测区域组装在一起。所述光学元件被固定于头盔面罩的内表面，以更好地保护光学元件免受冲力、碎片、潮气和其他危险及污染物的损害。
根据本申请的另一内容，描述了多种将光学元件永久性地或者可拆卸地固定于设备观测透镜的方法和装置。根据本申请的另一技术方案，描述了多种用于自动或用户控制光学元件的着色或光吸收、和用于连接此类控制装置与光学元件的方法及设备，以及固定光学元件固定于其上的设备。
本申请还提供了利用此处所述的视力提高装置改变护眼设备的观测区域的光吸收或光透过特性的方法。
光学元件与面罩的连接
几种不同的装置和设备可用于将光学元件永久性地或者可拆卸地固定于护眼设备，其包括机械装置、化学粘合剂、化合物/机械组合、磁力、摩擦锚夹、机械钩环(如
Figure BDA0000080219890000091
)或其组合。
术语“可拆卸附于”被定义为如果需要终端用户仍可以拆下光学元件的连接。因此，可拆卸连接的光学元件可以被终端用户拆下、而不会损害护眼设备(如头盔面罩)。相反地，因为拆除时会损坏护眼设备或光学元件，因此其一旦被连接，“永久性连接”的光学元件就不意味着由用户拆卸。
光学元件可以使用化学粘合剂连接。在一则实施方式中，可以在部分光学元件的上使用粘合剂，从而用户可以有选择地将光学元件固定于所需位置处的头盔面罩的内表面。
如图1、2、4和5所示的一则实例中，衬垫15具有粘合剂11，用于将其固定于头盔面罩20。粘合剂11可以是永久性粘合剂(双面或压敏粘合剂)，用于将光学元件10永久性地固定于面罩20。可选择地，粘合剂11可以是可释放的粘合剂，以允许对头盔面罩20上的光学元件10进行拆卸、更换和/或再定位，或者将其固定到另一面罩或设备上。
在一些实施方式中可以在光学元件10邻近头盔面罩内表面的部分或全部表面上使用，粘合剂(如压敏粘合剂、紫外光固化粘合剂或其它粘合剂)。这个设备中，可以无需提供围绕光学元件的边缘的衬垫15。
其它的用于将光学元件永久性或可拆卸固定于头盔面罩的装置包括机械装置。因此，在一则实例中，可以使用夹板或夹片将光学元件的外边缘固定于护眼设备。图6-18中提供了其它的用于可拆卸式连接光学元件的机械型连接的实例。
在一则实施方式中，面罩可以具体两个或多个通过头盔面罩上的通孔装配的定桩插针或铆钉，适当地穿过并定位其与光学元件边外缘处的相应凹槽啮合。如图6和7所示，从头盔面罩20的内表面延伸的插针46被定位与光学元件30内的周边凹槽32互锁。插针46可以包含加大的头部47，用于限制光学元件30与面罩20的分离，同时在凹槽32中容纳插针46。安装过程中，光学元件可以弯曲，以使凹槽32与插针46互锁。当光学元件30由弯曲状态释放时，光学元件通过凹槽32与插针46的这种互锁啮合而固定在头盔面罩上。这种定桩插针连接装置的实例在美国专利No.5,765,235中被描述，其所有公开信息在此通过引用而被包含，而并不与本申请冲突。
在其它实施方式中，化学与机械手段的结合可以用于可拆卸地将光学元件固定于护眼设备。比如，互锁的别针(即用于与光学元件中的凹槽互锁)被用于头盔面罩，而不用在头盔面罩上打孔。如图8～12所示的一则实例中，在锚定部件上采用互锁的插针，借此锚定部件被粘接于头盔面罩。锚定部件在它与头盔面罩之间提供较大的接触面，以理由它们之间更加牢固地连接。在如图8～12所示的实施方式中，锚定部件40包括用于固定于头盔面罩20的粘合垫41(如图9)。当锚定部件40被固定于头盔面罩20时，互锁插针42从锚定部件40的切口43向头盔面罩表面延伸。插针42可能会(但不需要)与头盔面罩表面啮合，并且可以(但不需要)包含用于将插针42的末端固定于头盔面罩20的粘合剂。衬垫41和/或切口43可以限定边缘44，其啮合光学元件30的相应边缘39的相应边缘，以减少插针42上的压力。
当光学元件30最初附于头盔面罩20时，通过粘合所述垫41与头盔面罩20的内表面，锚定部件40可以固定于头盔面罩20。然后，光学元件30紧靠面罩20放置，从而插针42被置于光学元件30中的相应凹槽32内(如图8-12)。为了将光学元件30从头盔面罩20拆除，光学元件30和/或头盔面罩20可以被弯曲。以使别针42从相应凹槽32脱离(如图12)。为了后续的再新连接光学元件到头盔面罩20，光学元件30和/或头盔面罩20可以被弯曲，以再次将别针42置于相应凹槽32中。在再一则实施方式中(无附图)，全部或部分锚定部件可以弯曲或者回转，以使互锁的插针从光学元件相应凹槽脱离。
在其它实施例中，固定法兰可以用于永久地或可拆卸地将光学元件固定于护眼设备。例如，固定法兰可以被固定于头盔面罩，法兰的大小至少部分包围光学元件的外缘且重叠，以将光学元件固定于头盔面罩。该装置可以用于光学元件10与面罩20的永久性或可拆卸的连接。
该装置的实例之一如图13所示。固定法兰50包括绝缘体或衬垫51，所述衬垫固定于刚性边52，从而在绝缘体51固定于面罩20时形成用于容纳光学元件10的槽。如图所示，所述固定法兰50可以完全包围所述光学元件10。在另一实施例中，多个固定法兰可以部分包围光学元件。在所述装置中，面罩和/或光学元件可以被弯曲，以使光学元件的外缘脱离固定法兰。例如，如图14所示，固定法兰的对面(包括粘性垫61和刚性边62)可以包围光学元件10的侧部12、并与之重叠，以将光学元件10固定于面罩20，同时通过弯曲光学元件10和面罩20之一或两种使光学元件10可以脱离面罩。在另一实施例中，固定法兰可以弯曲或绕枢轴转动，以释放光学元件。
其它用于可拆分地连接光学元件的装置包括一个或多特磁体，所述磁体可以被固定于光学元件和护眼设备中之一的一个或多个位点，以磁性地吸附于光学元件和护眼设备中另一的磁化部分。
在另一实施例中，可以在光学元件和护眼设备上使用钩环型固定器(如带)。
在再一实施例中，可以修饰或调整护眼设备，以利用压力或摩擦容纳并固定光学元件。此类实施方式的例子是，如图16～18所示，头盔面罩具有大小严密容纳光学元件的凹槽。尽管粘合剂或其它固定器可以用于将光学元件固定在凹槽内，在一些实施例中，光学元件和头盔面罩的形状或轮廓可以匹配，从而无需任何其它固定器就能固定光学元件。在图16～18所示实例中，头盔面罩70包括大小严密地容纳光学元件10的面罩70的内表面上的凹部71。如图所示，面罩70可以但非必须地包括位于面罩70的外表面、且与凹部71对齐的凸起72，以增加面罩70该部分的厚度(如为了增加强度或刚性)。为了促进光学元件10的定位，光学元件10的轮廓可以不同于面罩70，从而当凹部71容纳其使可以弯曲所述光学元件，因而通过压力将光学元件10固定在凹部71内。此外或任选地，可以利用光学元件10和凹部71之间的干涉配合。进一步，改变凹部71的大小，从而光学元件10的内表面与头盔面罩70的内表面基本齐平。
电连接
因为光学元件为电控的，因此，光学元件与控制器的连接及控制器与护眼设备的连接也是必须的。控制器159包括驱动电路210及用于激发所述驱动电路的激发器或激发电路220(如图19所示)。此外，控制器159可以包括或连接于电源230(如蓄电池或太阳能电池)、和/或激发设备240(如开关)，以手动控制施与光学元件的电压量。在其它实施方式中，可以设置激发设备自动地控制施与光学元件的电压量。在此类实施方式中，自动激发设备包括光接收器，设置其以按撞击在光接收器上的光量成比例地提供电压。此外(图中未显示)，可以为控制器提供电源或“主控”开关，以启动或切断激发电路的运行，例如，当光学元件未使用时，防止光学元件的疏忽性激发(及所导致的电池耗尽)。
电源可以为可再充电的和/或易于取代的，以使电源大小最小化。例如，如图25所示，具有组成电源的控制器80可以具有电端口(如USB端口)，以通过将控制器80与外部电源(如墙壁插座)连接而为电源充电，无需将电源与控制器断开或分离。电源、驱动电路和激发电路可以通过本领域公知的如电线、软的电线板、通孔的装置或其它相当的装置形成与光学元件电连的单独实体或结构。在其它实施方式中，控制器(具有或无电源)可以形成光学元件的组成部分。
在一些实施方式中，例如图1、5、24、和25所示，电源、驱动电路、激发电路和激发设备形成一个完整单元。在这些实施例中，如上所述，光学元件10、30的电导接头14、34通过有线连接82与用户操控的调控器80电连，以选择性的控制光学元件10、30的色调或光吸收设定。尽管示例的控制器80包括用于选择性激励或去激励(“开/关”)光学元件10、30的作为激励设备按钮85，然而，可以设置调控器以通过光学元件，例如通过逐渐改变光学元件的色调，提供光吸收的变化水平。例如，光学元件的色调调整可以通过改变跨液晶材料的电压而生效。此外或任选地，可以利用如一个或多个开关、瞬时开关、电钮、控制盘、接近开关、触控板传感器或其它本领域已知的设备的其它激励装置。
尽管，在光学元件和电压和/或控制器之间可以提供许多不同的电连接，但是，在一实施方式中，光学元件和太阳能电池通过在图20和21中主要清晰标注的电互连接头88连接，所述电互联接头由通过非电导绝缘板间隔的传导电极垫34对形成。间隔的电极垫34可以通过电极垫和绝缘板中覆有导电材料的校准的孔39电连接。导电性粘合剂可以用于电极垫，以将相对的电极垫固定于光学元件和太阳能电池。互联接头可以足有薄以插入光学元件30的电极层之间。互联接头的此实施例之一在名称为“光学设备中使用的互联接头”、未决的美国专利公开后2009/0201461中被描述，此处通过引用包含其全部内容。
尽管光学元件10、30和控制器80之间的有线连接82可以为永久性连接，但是，在其它实施例中，例如，可以使用插头插座或其它非连接的装置，以方便光学元件10、30和控制器80中仅之一的更换，或能够作为单独的部分储存。在其它实施方式(如图26)中，控制器可以通过驱动电路上的直接连于光学元件的导电接头的导线连接光学元件。这可以利于控制器附于护眼设备。
为了利用对现有头盔面罩的改型，如图5所示，有线连接82可以越过面罩20的外缘(如上或下缘)延伸，以连接固定于面罩20的外或内表面的控制器80。在另一实施方式中，可以设置面罩以允许光学元件和调控器之间经过面罩的连接。作为一个实施例，面罩可以具有孔(或者由制造提供或作为售后装置的部分通过钻孔形成)，设置孔的位置以允许从光学元件延伸的有线连接经过所述孔与控制器连接。在图5A的示例中，面罩20a包括孔22a，有线连接82经过孔从光学元件30延伸以连接控制器80。可以定位孔22a，以使所需的配线的量最少，并且使面罩20a的内外表面上暴露的配线的量最小。
在其它实施方式中，例如，激励设备和电源之一或多个可以与驱动电路分离，以减少控制器的尺寸，或允许远程激励。在一个实施例中，驱动电路与护眼设备内存储的电源电连接，或为护眼设备的组成部分(例如，如图29所示)。在另一实施例(未显示)中，通过远程控制设备无线激励控制器。
类似于光源元件本身，可以利用许多不同的装置和构造将控制器附于护眼设备，包括机械、化学、机械和化学的组合、摩擦或压力、磁性、钩环固定器(
Figure BDA0000080219890000131
)或其组合。例如，如图24所示，控制器80可以具有用于附于头盔面罩20的表面的粘性垫84，其中，光学元件10和控制器80通过跨头盔面罩20的上或下缘延伸、以在末端插座83处连接光学元件10的导电接头14的有线连接82电连。作为另一实施例，如图26所示，例如，控制器80a可以通过弹性突出83a被夹于头盔面罩20的上缘，并且可以通过所述弹性突出83a、或包括如通过粘附于光学元件接头14的导性带(未标示)的任何其它适合的连接与光学元件接头14电连。
在其它实施方式中，可以设置光学元件的控制器由光密度自动激发或调节。在一个实施例中，可以设置如太阳能电池、光电导管或光电池的利用光接收器的光敏化控制装置相应于光密度变化的检测而自动激发或改变跨液晶光学元件的电压。这种激励模式可以单独使用，或者结合手动调控激励。在某些实施方式中，太阳能电池仅作为提供对调控器的调控信号的光传感器。
在其它实施方式中，太阳能电池可以作为主要或二级电源、自动激励设备或两者兼具。太阳能电池可以由收集的光子或放射线产生电流，这样可以设置为选择性地或自动地将至少部分电流输送至光学元件的液晶电池，以激发液晶电池产生暗着色，从而液晶电池的着色可以与光学元件上撞击的阳光的量或密度成比例。在一些实施方式中，控制器通过调节输送至电池(如以下详细讨论的施与电池电极)的电压的量调节光学对液晶电池的光传输。
在图27～28所示的实施例中，太阳能电池91与光学元件90可以为一体的，以提供主要或二级电源和/或光学元件的自动光应答激励设备之一或两者。如图27所示，例如，光学装置可以包括如以上详细描述的垫95，其包围光学元件90和太阳能电池91，以保护或密封光学元件90和太阳能电池91免受污染。光学元件90和太阳能电池91的一体装置可利于在光学装置的后续组装过程中将光学装置安装至现有的面罩。
在图27和28的实施方式中，太阳能电池91被置于光学元件之上，从而其可以检测通过护眼设备的光。示例的太阳能电池91并未由光衰减的光学元件90覆盖，从而最大量的撞击在头盔面罩上的光密度到达太阳能电池91。在其它实施方式中，光学元件可以覆盖太阳能电池，以提供由太阳能电池91自动控制的“平衡状态”，这可以使太阳能电池直接为光学元件功能，而无需任何中间电路。在该实施方式中，随光学元件上的阳光的密度增加，穿过光衰减层至太阳能电池(经光集中层)太阳辐射增加，并且，可以设置太阳能电池以将电压自动地输送至光衰减层以使着色变暗(即减少光透射)。随光衰减层变暗，太阳辐射的减少的量到达太阳能电池，从而减少了输送至光衰减层的电压。因此，光衰减层将到达着色的期望水平维持最小波度、并且避免了电压从光生伏打电池至光衰减层的过量供给。
图28显示了具有与太阳能电池91和控制器92组成一体的光学元件90的示意剖面图。如图所示，内垫95固定于光学元件(在基底150A上)，以保护或密封光学元件90和太阳能电池91免于面罩的内表面。电连接器93被置于太阳能电池91和控制器或控制电路92之间，从而控制电路可以控制或调节太阳能电池91产生的运送至光学元件的电荷。光学元件的基底150A、150B在其间容纳电连接器93(例如，如上所述的电互联接头)，以提供由太阳能电池91和控制电路92至光学元件90的电极(见图3)的电流。遮盖垫可以保护控制电路92。例如，第二垫95A可以用于在光学元件90的保护性背膜96和保护盖97(如橡胶盖或其它密封)之间为所述控制电路提供密闭。
通过提供一体板内的光学元件、控制器和电源，光学装置与已有头盔面罩或其它护眼设备的售后组装容易实现。终端用户不必制备额外的配线或电连接。此外，光学装置的拆卸(如对不同护眼设备的更换或组装)也易于实现。
在另一实施方式中，如图29所示，太阳能电池95a(或其它光接收器)可以装配有(即成为一体或可拆卸的)头盔5a，以为电控光学元件10a供能。在所示的实施方式中，尽管可以利用其它部位及定位装置，然而太阳能电池95a被组装至头盔5a的通风栅部分98a。
尽管在图29所示的实施方式中可以在光学元件10a和太阳能电池95a之间提供不同类型的电连接，但是，有线连接82a从固定于面罩20a的内表面的控制器88a延伸至置于头盔5a上的太阳能电池95a。如上所述，控制器88a可以通过有线连接和/或互连接头连接至光学元件10a。太阳能电池95a可以为主要或二级电源。任选地，另一适合的电源可以用于额外地为光学元件功能及头盔的其它电子特征。并且，在其它实施方式中，可以设置太阳能电池95a自动控制光学元件(如相应于对阳光的暴露)，从而消除对单独的控制器88a的需求。在另一实施例中，如上所述且如图27和28所示，控制器和太阳能电池可以形成一体/整体装置，并且安装至头盔面罩的任何部分内。
在再一实施方式中，液晶光学元件的激发可以为自动的(如光诱导)及手动或用户操作的(如操控开关或按钮)。这可以为用户提供自动设定的人工代用，以提供光学元件的较深或较淡着色。在此实施方式中，用户操控开关或旋钮可以与控制器电连接，以改变或中断从太阳能电池至光学元件的电极的电压供给。在另一实施方式中，可以通过提供可选择地被移动以遮盖太阳能电池的太阳能电池盖实现自动光衰减的纯机械用户手工代用，从而模拟缺少阳光，以使光学元件返回至清洁或最少着色的状态。在一个此实施方式中，如图29所示，太阳能电池或光接收器盖99a可以与头盔(或其它护眼设备)可滑动地连接，以在太阳能电池的遮盖或未遮盖位置之间滑行移动。太阳能电池99a也可以置于一个或多个部分遮盖的位置，以通过用户提供光衰减的一定量的手动变化性。该太阳能电池盖99a也可以起头盔的通风盖的作用。
在再一实施方式中(未显示)，可以通过无线激励设备远程激发激励电路。这可以包括护眼设备上的，或如外套、手套、或如车把的用户可接触的部分摩托车的其它组件上的无线设备。用于电控光学元件的无线远程控制的例子在本领域是公知的。一种此类设备如美国专利7,342,210所述，通过引用包含其全部内容，并不与本发明冲突。
根据本发明的另一方案，本发明涉及一种或多种包含各种此处所述元件的装备，所述此处所述的元件包括光学元件、控制器、电源、用于将光学元件和/或控制器附于护眼设备(及某些情况下的远程控制设备)的装置、及用于为电源充电的适配器及返流器(如通过将适配器连接于与墙壁插座连接的电源的USB端口)。
尽管，如结合示例性实施方式所示，此处阐述了本发明的不同方案、概念和特征，但是这些不同的方案、概念和特征可以在许多可选择的实施方式中单独地、或者以其各种组合或从属组合的方式使用。除非此处明确地排除，否则全部的此类组合及从属组合属于本发明的保护范围。再次，尽管此处已描述了本发明的各种方案、概念及特征多种可替代的实施方式——如可替代的材料、结构、构造、方法、电路、设备及组件，形式、设备及功能的替代等，但是此类描述并不意味着目前已知或以后发展的各种可替代的实施方式的完全或无遗漏的清单。本领域的普通技术人员在本发明的保护范围内的额外实施方式及使用中，可容易地采用一个或多个本发明的方案、概念及特征，即使所述实施方式并没有在此处清楚公开。而且，尽管各种方案、概念及特征可能在此处作为发明的创造性或组成部分被清楚指明，但是，这种指明并不意味着是唯一的，而有可能还有此处已充分说明、而没有清楚指明为说明发明的创造性或组成部分的创造性方案、概念及特征。

Claims (43)

1.一种视力提高装置，其特征在于，包括：
光学元件，所述的光学元件包含电控的宾主液晶电池，所述宾主液晶电池包含用于可变地衰减光透过的塑料基底；以及
控制器，所述控制器与所述液晶电池电连接，并且使其选择性地提供跨所述液晶的电压，
其中，所述的光学元件包括第一固定装置，用于与预装配的护眼设备的观测透镜连接；
所述的控制器包括第二固定装置，用于与所述预装配的护眼设备连接。
2.根据权利要求1所述的视力提高装置，其特征在于，所述的第一固定装置包括用于所述光学元件与所述预装配的护眼设备得永久性连接的粘合剂。
3.根据权利要求1所述的视力提高装置，其特征在于，所述的第一固定装置包括用于将所述光学元件可拆分地附于所述预装配的护眼设备的装置。
4.根据权利要求3所述的视力提高装置，其特征在于，所述的第一固定装置至少包含机械、化学、压敏、磁性和钩环连接之一，或其组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的控制器还包含电源。
6.根据权利要求1-4任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的控制器与设置在所述护眼设备内的电源电连接。
7.根据权利要求1-4任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的控制器与设置在光学元件内的电源电连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的第二固定装置包括用于所述控制器与所述预装配的护眼设备的永久连接的粘合剂。
9.根据权利要求1-7任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的第二固定装置包括用于可拆卸地连接所述控制器与预装配的护眼设备的装置。
10.根据权利要求1-9任一项所述的视力提高装置，其特征在于，还包括主控制开关，用于切断所述控制器的操作。
11.根据权利要求1-10任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的控制器还包含一个无线传输器/接收器。
12.根据权利要求1-11任一项所述的视力提高装置，其特征在于，还包括与所述控制器电连接的光接收器。
13.根据权利要求12所述的视力提高装置，其特征在于，所述的光接收器包括太阳能电池、光敏电阻、光电池或其组合。
14.根据权利要求1-13任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的液晶电池还包括光致变二色性染料。
15.根据权利要求1-14任一项所述的视力提高装置，其特征在于，所述的护眼设备为摩托车头盔护目镜。
16.一种生产光衰减护眼设备的方法，所述方法包括：
提供具有观测透镜的预装配的护眼设备；
提供包括用于可变地衰减光透过的电控宾主液晶电池的光学元件，所述的液晶电池包括第一和第二塑料基底；
提供所述光学元件与控制器之间的电连接，设置所述控制器可选择地提供跨所述液晶电池的电压；
将所述光学元件固定于所述预装配的护眼设备的观测透镜；
将所述控制器固定于所述预装配的护眼设备。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述控制器固定于所述预装配的护眼设备包括将所述控制器粘附于所述观测透镜的外表面。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述控制器固定于所述预装配的护眼设备包括将所述控制器可拆卸地附于所述观测透镜的外表面。
19.根据权利要求16-18任一项所述的方法，其特征在于，将所述光学元件固定于所述观测透镜包括将所述光学元件永久连接于所述观测透镜的内表面。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述光学元件固定于所述观测透镜包括至少在部分所述光学元件的外周提供粘合剂、并且将所述部分的外周粘附于所述观测透镜的内表面。
21.根据权利要求16-18任一项所述的方法，其特征在于，将所述光学元件固定于所述观测透镜包括将所述光学元件可拆卸地附于所述观测透镜的内表面。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述光学元件可拆卸地附于所述观测透镜内的表面包括至少使用机械、化学、压敏、磁性和钩环连接之一，或其组合。
23.根据权利要求16-22任一项所述的方法，其特征在于，将光学元件固定于所述预装配护眼设备的观测透镜包括沿所述光学元件整个外周固定所述光学元件。
24.一种将预装配的护眼设备转变为光衰减的护眼设备的装备，所述设备包括：
光学元件，所述光学元件包括用于可变地衰减光透过的电控电池，所述电池包括第一和第二塑料基底；
用于将所述光学元件固定于预装配护眼设备的观测透镜的装置。
25.根据权利要求24所述的装备，其特征在于，所述用于将所述光学元件固定于所述观测透镜的装置包括用于将至少部分所述光学元件的外周附于所述观测透镜内表面的装置。
26.根据权利要求24所述的装备，其特征在于，所述用于将所述连接光学元件固定于所述观测透镜的装置还包括布于至少所述光学元件的外周的粘合剂。
27.根据权利要求24所述的装备，其特征在于，所述的电控电池包含宾主液晶电池。
28.根据权利要求24所述的装备，其特征在于，所述的电控电池包含光致变二色性电池。
29.根据权利要求24-28任一项所述的装备，其特征在于，还包括电源和用于可选择地提供跨电池电压的控制器。
30.根据权利要求29所述的装备，其特征在于，还包括与所述控制器电连接的光传感器，用于与光传感器上撞击的光量成比例调节跨上述电池的电压。
31.根据权利要求30所述的装备，其特征在于，所述的光传感器至少包括太阳能电池、光电导管和光电池之一。
32.根据权利要求30-31任一项所述的装备，其特征在于，所述的控制器和光传感器设置在光电池内。
33.根据权利要求29-32任一项所述的装备，其特征在于，所述的电源设置在光学元件内。
34.根据权利要求29-32任一项所述的装备，其特征在于，所述的电源为控制器的组成部分。
35.根据权利要求33-34任一项所述的装备，其特征在于，所述的电源包括太阳能电池。
36.根据权利要求29-35任一项所述的装备，其特征在于，还包括与所述用于选择性地调节跨电池电压的控制器电连接的手动操作的激活装置。
37.根据权利要求29-36任一项所述的装备，其特征在于，还包括用于切断控制器操作的主控开关。
38.根据权利要求29-37任一项所述的装备，其特征在于，还包括用于连接所述控制器与所述预装配护眼设备的装置。
39.根据权利要求25所述的装备，其特征在于，所述的用于将光学元件固定于所述观测透镜的装置包括第一和第二锚定部件，将其固定于所述观测透镜的内表面，以与所述光学元件的第一和第二末端互锁。
40.根据权利要求39所述的装备，其特征在于，各所述的第一和第二锚定部件都包括其大小容纳其内所述光学元件的相应末端的凹槽；以及延伸至所述凹槽内部以与所述光学元件相应末端处的相应凹槽互锁的凸起。
41.根据权利要求25的装备，其特征在于，所述的用将所述光学元件固定于所述观测透镜的装置包括被设置固定于所述观测透镜内表面的定位法兰，使其大小覆盖所述光学元件的外周边缘。
42.根据权利要求41所述的装备，其特征在于，使所述的定位法兰的大小包围整个光学元件的外周边缘。
43.根据权利要求24-42任一项所述的装备，其特征在于，所述的护眼设备为摩托车头盔。
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