CN114206642B - 用于减少实际的和感知的眩光的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

描述了通过包含吸收材料来减少实际的和/或感知的眩光的部分透明装置和方法。可以通过装置中的多路径吸收来减少实际的和/或感知的眩光。通过考虑根据波长、取向和场照度的人类视觉感知的心理物理学进一步减少感知的眩光。

Description

用于减少实际的和感知的眩光的方法和装置
相关申请
本申请是于2019年11月6日提交的美国申请序列号16/675,764的继续申请，该美国申请序列号16/675,764要求于2019年3月5日提交的美国申请序列号16/293,458的权益并且是其部分继续申请，该美国申请序列号16/293,458以美国专利第10,545,264号发布。本申请还要求于2019年3月5日提交的美国申请序列号16/293,458的优先权，该美国申请序列号16/293,458以美国专利第10,545,264号发布。每个申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及在绝对意义上且在眩光被通过部分透明装置观看的观察者感知时减少眩光。
背景技术
当通过部分透明介质如窗户、眼镜镜片、挡风件、护目镜、视频监视器等观察物体时，光学眩光很常见。眩光会降低人们分辨视场中的细节的能力，并且可能会分散注意力或甚至丧失能力。参照图1，主图像由一系列光线形成，这些光线传播通过部分透明装置、观察者的瞳孔，然后到达他们的视网膜上。如果光线以垂直入射照射到装置上，则没有折射，尽管根据菲涅耳方程，入射光的一部分在每个空气-装置界面处被反射。例如，如果装置是玻璃平板(n玻璃～1.5)和n空气～1.0，则4％从第一界面反射，并且3.84％(＝.04*.96)在第二界面处反射，导致92.16％的入射光线透射。尽管光线的强度减少了几乎8％，但其传播通过眼睛的光学组成部分的轨迹没有变化，因此图像以相同的空间分布照射到视网膜上，就好像部分透明装置不存在一样。没有眩光。
如果光以除了90度以外的任何角度入射，则这种情况会显著变化。参照图1，发光体(101)发射光线(102)，所述光线(102)照射到折射率不同于周围介质的装置(103)上。这些光线中的一些光线(104)在部分透明介质(105)的方向上传播。这些光线中的其他光线(106)在感知物体的反射的观察者(107)的方向上反射。一些光线(108)被折射并传播到观看透射图像的观察者(109)。
减少或消除反射的和透射的眩光图像的已建立的方法处理部分透明介质的表面以减少或消除反射。这些抗反射涂层的一个问题是它们的功效随光的入射角、偏振和波长而变化。抗反射涂层的另一问题是它们在机械上易损或易碎；当它们破裂或分层时，它们对眩光减少的贡献被消除。这些涂层的又一问题是它们需要昂贵的资本设备来精确控制非常薄的膜的沉积。抗反射涂层的另一问题是在大基材如汽车挡风件或建筑玻璃上的沉积是不切实际的。出于这些和其他原因，期望用于降低眩光图像(无论是透射还是反射)的强度的改进方法。
现有技术的另一问题是它没有考虑到人类感知的心理物理学。虽然众所周知光强度的感知随波长和平均场照度而变化，描述为明视(亮光)、暗视(夜视)和中间(中间视)敏感度，但眩光的感知是不同的，如例如Fekete等人在如下所述的那样：Ophthalmic andPhysiological Optics，2010，30，182至187。
现有技术的又一问题是人类视觉系统的宽动态范围和非线性没有明确地或充分地结合到眩光减少方法和装置的设计中。
发明内容
本公开内容提供了当透过部分透明介质或从部分透明介质观察到物体时减少实际的和感知的眩光的方法、系统和组合物。
一些实施方式涉及一种装置，其中透过该装置或从该装置观察到物体，该装置包括：半透明材料，以及设置在半透明材料中的光学吸收器，所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长具有更大的吸收，其中，对于在通过装置的透射或来自装置的反射中观察到的物体，在所有可见波长上积分的实际的和/或感知的眩光强度与主图像强度的第一比率小于当光学吸收器未设置在半透明材料中时对于在通过装置的透射或来自装置的反射中观察到的物体的实际的和/或感知的眩光强度与主图像强度的第二比率。
在某些实施方式中，半透明材料的透明延伸穿过半透明材料并终止于邻近半透明材料的反射性不透明物体或区域。反射性不透明物体或区域可以是部分反射性的、部分不透明的、或者部分反射性和部分不透明的。
一些实施方式涉及一种制造装置的方法，其中透过该装置或从该装置观察到物体，该方法包括：形成包括光学吸收器的半透明材料，其中，设置在半透明材料中的光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长表现出更大的吸收，并且其中，对于在通过装置的透射或来自装置的反射中观察到的物体，在所有可见波长上积分的实际的和/或感知的眩光强度与主图像强度的第一比率小于当光学吸收器未设置在半透明材料中时对于在通过装置的透射或来自装置的反射中观察到的物体的实际的和/或感知的眩光强度与主图像强度的第二比率。
在该方法的某些实施方式中，半透明材料的透明延伸穿过半透明材料并终止于邻近半透明材料的反射性不透明物体或区域。反射性不透明物体或区域可以是部分反射性的、部分不透明的、或者部分反射性和部分不透明的。
通过以下结合附图的描述，可以更全面地理解本教导的前述和其他方面、实现方式、动作、功能、特征和实施方式。
附图说明
图1是发光体、物体、部分透明元件以及透射和反射图像的观察者的示意图。
图2示出了从照射到与法线取向成63°的透明材料平板上的单束入射光线产生反射和透射眩光图像。
图3是用于减少实际的和感知的眩光的逻辑图。
图4A绘制了对于图2中所示的几何结构(63度倾斜，410nm和510nm)的透射中的主(401)光线和连续眩光光线(403)光线的强度。
图4B绘制了对于图2中所示的几何结构(63度倾斜，410nm和510nm)的反射中的主(402)光线和连续眩光光线(404)光线的强度。
图5A示出了示例实施方式的内部透射的波长相关性。
图5B示出了对于图2所示的几何结构在没有内部吸收的情况下在550nm处透射的主(501)光线强度和眩光(503)光线强度的对数。
图5C示出了使用具有图5A所示透射光谱的吸收器在410nm处具有20％单程内部透射的主(502)光线强度和眩光(504)光线强度的对数。
图6A绘制了在550nm处在没有内部吸收的情况下从前表面反射的主(601)光线和眩光(603)光线的强度。
图6B绘制了在410nm处在具有20％单程透射的情况下从前表面反射的主(602)光线和眩光(604)光线的强度。
图7显示了Schott BK7玻璃(701)和聚乙烯醇缩丁醛(702)的波长相关的折射率。
图8显示了源(801)、主透射(802)和反射(803)光线以及在层压挡风件中产生透射(804)和反射(805)眩光的光线。
图9是图8的放大图，示出了在玻璃与聚乙烯醇缩丁醛层之间的一个或更多个边界处由菲涅耳反射产生的眩光光线(901)，并标记了主(P)透射光线和第一至第八眩光(G1至G8)透射光线。
图10A显示了550nm处的主透射光线(1001)和眩光(1003)的强度，其中内部聚乙烯醇缩丁醛层在550nm处具有100％的内部光学透射。
图10B显示了410nm处的主透射光线(1002)和眩光(1004)的强度，其中内部聚乙烯醇缩丁醛层在410nm处具有20％的内部光学透射。
图11A显示了550nm处的主反射光线(1001)和眩光(1003)的强度，其中内部聚乙烯醇缩丁醛层在550nm处具有100％的内部光学透射。
图11B显示了410nm处的主反射光线(1002)和眩光(1004)的强度，其中内部聚乙烯醇缩丁醛层在410nm处具有20％的内部光学透射。
图12A显示了在暗视场照度(1203)下、在2°(1201)和10°(1202)图像场处观察的明视照度条件下人眼的波长相关的敏感度。
图12B显示了从Fekete等人的中央注视垂直偏移5°和水平偏移0°(1204)和10°(1205)的人眩光敏感度。
图13显示了在明视(1301，1302)和暗视(1303，1304)场照度水平下在两个角度下眩光与视觉敏感度的波长相关的比率。
图14显示了眼镜片的光学模型的截面和等距视图以及在人眼前方的一个取向。
图15A图示了对于具有+0.00D屈光力的眼科透镜，绿色(1501)和蓝色(1504)光的视网膜主光强度和眩光强度。
图15B图示了对于具有+1.00D屈光力的眼科透镜，绿色(1502)和蓝色(1505)光的视网膜主光强度和眩光强度。
图15C图示了对于具有-1.00D屈光力的眼科透镜，绿色(1503)和蓝色(1506)光的视网膜主光强度和眩光强度。
图16绘制了在9个选定波长(380nm，390nm，400nm，410nm，420nm，430nm，440nm，450nm和550nm)下通过BK7的主光束和第一至第六眩光光束的光束强度的对数。
图17绘制了具有添加到挡风件的示例有机染料的玻璃的内部透射光谱。
图18显示了在具有其内部吸收在图17中示出的玻璃的情况下在与图16相同的条件下透射的主强度和眩光强度。
图19绘制了在添加和不添加吸收器的情况下透射的主光束和眩光光束的衰减。
图20显示了与图19相同的比率，不同之处在于眩光光线被视为来自挡风玻璃外部的反射，如图1的光线(106)和观察者(107)所示。
图21示出了在没有吸收器(2101)和有吸收器(2102)在波长下的总的实际眩光以及感知的眩光(2103)。
图22绘制了与垂直方向成55°处的层压挡风件的主(P)和眩光(G1至G16)光线强度与不存在挡风件(y＝0)情况下的主光束的位置的y位移的函数关系。
图23叠加了在九种波长(390nm，405nm，420nm，435nm，450nm，465nm，480nm，495nm和510nm)中的每一种下的主(光线0)的强度和16个眩光(光线1至17)强度。
图24A绘制了在染料吸收器的10个线性增加的浓度(1至10)下的一系列内部透射函数(2401)。
图24B显示了在明视(2402)和暗视(2403)场条件下的光透射。
图25A叠加了针对390nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图25B叠加了针对405nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图25C叠加了针对420nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图25D叠加了针对435nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图26A叠加了针对450nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图26B叠加了针对465nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图26C叠加了针对480nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图26D叠加了针对495nm波长在染料浓度为零(最高圆圈)和图24A描述的10个染料浓度中的每一个下的主(P)和眩光(G1至G16)强度。
图27A绘制了实际(2701)眩光在每个波长和染料浓度下的归一化贡献。
图27B绘制了感知(2702)眩光在每个波长和染料浓度下的归一化贡献。
图27C示出了实际(2704)和感知(2705)眩光的波长上积分的减少。
图28显示了当通过其透射光谱显示在图17中的吸收器观察时，主图像(黑色实线)和第一眩光图像(具有灰色填充的虚线)的1269个色片的孟塞尔调色板的L*a*b*空间中的颜色偏移的直方图。
图29示出了通过部分透明层的镜反射的光线轨迹和强度，该部分透明层的透射光谱也被示出。
图30示出了在两个波长下来自倾斜镜的眩光减少的第二示例，其中一个镜是部分透射的。
图31显示了随着部分透射层的染料浓度的连续增加，来自图30的主(P)光束和眩光(G1至G14)光束的强度。
具体实施方式
示例实施方式将吸收一个或更多个波长的光的一种或更多种材料包含到完全或部分透明介质中，以当透过完全或部分透明介质观察物体时减少实际的和/或感知的眩光。这些材料的选择及其波长相关的透射特性可以基于以下特性的一个或组合：照亮视场的光的波长和偏振、物体在视场中的反射光谱、以及透过其观察至少一个物体的透明物体的几何形状和取向。心理物理或感知的眩光可以另外结合人类视觉系统对波长和角度的敏感度。
如本文中使用的术语“眩光”描述了在部分透明装置中经历一次或更多次反射的光线。
如本文中使用的术语“实际的眩光”描述了由在定量上独立于人类视觉心理物理因素的路径和强度表征的眩光。
如本文中使用的术语“感知的眩光”描述了在如下空间坐标上传播通过观察者的瞳孔并且传播到其视网膜上的眩光：该空间坐标与主图像的空间坐标不同，并且其根据波长和角位移干扰或禁止观察到主图像的能力被明确包含。
现在参照图2，作为产生眩光的示例系统，每个主光线(201)在前表面(202)和后表面(203)处被折射，导致主图像的位移。然而，主光线的一部分在每个界面处被反射，并且这些反射光线的轨迹与主光线的轨迹有很大不同。这些光线之一(205)从前表面(202)反射并产生主反射图像。这些光线中的其他光线(206)经历在不平行于主光线的方向上传播的反射和折射的组合；这些光线会对反射图像产生眩光。另一组这些光线(204)经历反射和折射的组合，其产生平行于主光线并从主光线位移的光线；这些光线产生透射眩光。在下文中，在检测器面(207)处记录透射光线(201，204)的强度和轨迹，并且在检测器面(208)处测量反射光线(205，206)的强度和轨迹。眩光图像位移的大小取决于入射角、物体的形状以及前表面和后表面的几何关系，如经典光学中所述。当前表面和后表面平行时，连续眩光图像的位移随入射角和物体厚度两者单调增加。当表面不平行或当物体具有内部屈光力时，如在透镜中，这些位移不同，但是通常眩光的空间范围随物体的厚度和主图像光线照射它的角度而增加。
求解麦克斯韦电磁方程是通过光学物理领域中建立的计算方法来完成。在一些实施方式中，软件程序OpticStudio(Zemax，Inc.，www.zemax.com)可以用于评估主图像和眩光图像的轨迹和强度。麦克斯韦方程组的解取决于透过其观察物体的部分透明装置的形状和折射率分布、入射光的波长和偏振、以及发光体、物体、部分透明介质和观察者之间的几何关系。尽管使用麦克斯韦方程组的方法在某些情况下可以被使用，但在其他实施方式中可以使用求解光线传播的简化或近似方法。例如，也可以将菲涅耳反射和斯涅耳折射方程与表示穿过有损耗材料的光束的强度的指数衰减的方程一起使用。本发明不限于以它们的全矢量形式明确地求解麦克斯韦方程组。
可以参照图3理解用于减少实际的和/或感知的眩光的示例方法。设计过程中的第一步骤是表征发光体(301)、视场(302)中的元件的反射函数以及它们与观察者的几何关系(303)。这些因素生成光源，光源随波长(λ)和角度(θ)的变化被指定为S(λ，θ)(304)。然后通过使用标准光线追踪方法(307)对于电磁辐射传播求解麦克斯韦方程组或者其近似和/或简化版本来计算这些光线通过部分透明物体(306)的轨迹和强度。这些光线包括主图像(308)和一系列眩光图像(309)，主图像(308)和一系列眩光图像(309)的比较(310)定义了眩光对主图像的相对空间和强度贡献。如果在总强度或空间分布特性中实际的和/或感知的眩光大于期望的目标，则将其波长和偏振相关的吸收和折射特性已知的吸收材料、涂层或层包含(311)到部分透明物体(306)中。然后重复由实线表示的逻辑循环以产生与眩光目标相比的新的实际和眩光图像(310)。在一些实现方式中，重复该循环，同时根据数值优化的标准方法改变吸收器的波长相关的吸收特性(311)，使得根据吸收器的变化，强度可以被最小化或者眩光的空间分布可以被最小化或优化。在一些情况下，优化可以包括：在将主图像的强度降低(在所有可见波长上积分)不超过目标值的同时，降低实际的和/或感知的眩光强度。在一些实现方式中，用于降低主图像的强度的目标值可以在5％至15％之间，包括这些端值。例如，主图像的强度降低5％是指95％的强度的主图像穿过半透明物体并且可以被观察者接收。在一些实现方式中，用于降低主图像的强度的目标值可以在10％至20％之间，包括这些端值。在一些实现方式中，用于降低主图像的强度的目标值可以在20％至30％之间，包括这些端值。在一些实现方式中，用于降低主图像的强度的目标值可以在30％至50％之间，包括这些端值。根据一些实施方式，用于眩光图像的空间分布或拖影的目标值不超过图像尺寸的5％。在一些情况下，用于眩光图像的空间分布的目标值不超过图像尺寸的10％。
根据一些实施方式，可以用不同的场景发光体(301)、视场反射值(302)和光学几何形状(303)重复上述优化过程。也可以在可以由预期应用施加的附加约束下执行优化，例如在示例过程中指示的对主图像强度的约束。作为约束的附加示例，汽车挡风件的前角可能受到最小化气动阻力的需要的约束，这间接地约束了可用的光学几何形状(303)，选择的发光体(301)可能限于来自特定的灯的室内荧光灯，或者工业设施中的环境可能限制场反射的值(302)。
在另一方面，也可以对具有部分透明的涂层的不透明物体进行优化，如图29中例示的。光沿着z轴传播并且照射到不透明反射基板(2902)的顶部上的部分透明的2.5mm厚的聚乙烯醇缩丁醛(2901)层上。光可以从涂层的前表面反射或在照射到检测器面(2903)之前执行多次反射。聚乙烯醇缩丁醛(2901)在没有染料的情况下没有内部吸收(2904)，并且如透射光谱(2905-2907)例示的，具有随染料浓度和波长而变化的透射。
在其中没有内部吸收(100％内部透射)的550nm处反射的主信号和眩光信号的强度被显示在对数图(2908)上。如(2907)中的染料上样(dye loading)指示的光被吸收75％的410nm处的同一信号被绘制在(2907)中。在全反射眩光的情况下，主要区别在于第一光线在其传播通过染色的材料之前反射，因此如箭头(2909)指示的，这种反射的强度在两个波长上是相同的。连续眩光光线的数目和强度二者都被衰减。在图29的镀膜镜的角度下，550nm处的第一眩光图像实际上比主反射图像更亮，但是在410nm处减少到约一百分之一并且第二眩光图像类似地减少到约104分之一。作为吸收器分散在聚乙烯醇缩丁醛的部分透射层中的结果，在550nm处有七个眩光光线而在410nm处只有两个眩光光线。
以与前面针对实际眩光所述的方式相同的方式计算应用于不透明物体的部分透射层的定量影响。参照图30理解如对于反射的眩光(图1中的107)的观察者所指示的光学几何形状的影响的示例，其中入射光束和观察者之间的角度从60度增加到126度。550nm处的光产生主反射和14个具有强度分布(3001)的可观察眩光图像(3002)，而作为多路径吸收的结果，在410nm处仅检测到一个主图像和两个具有降低的强度(3004)的眩光图像(3003)。针对透明的(3101)和连续增加的染料浓度(3102-3105)的主和眩光强度图示出了将部分透射的涂层合并到不透明反射物体的显著结果。
因此，在某些实施方式中，公开了一种装置，其中透过该装置或从该装置观察到物体，该装置包括半透明材料，其中，透明延伸穿过半透明材料并且终止于位于邻近半透明材料的反射性不透明物体或区域。如本文中使用的，术语“邻近”可以指彼此紧邻(即，直接物理接触)的材料的层或区域，或指可以由一个或更多个中间层隔开的层。
在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域对于入射在其表面上的光是部分或完全反射的。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域对入射在其表面的光是部分反射的。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域反射入射在其表面上的光的约1％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约55％、约60％、约65％、约70％、约75％、约80％、约85％、约90％、约95％、约96％、约97％、约98％或约99％。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域反射入射在其表面上的光的1％至10％、1％至20％、1％至30％、1％至40％、1％至50％、1％至60％、1％至70％、1％至80％、1％至90％或1％至99％。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域对入射在其表面的光是完全反射的。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域反射入射在其表面上的大于99％的光。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域反射所有入射在其表面上的光。在某些实施方式中，材料的不透明物体或区域基本上反射所有入射在其表面上的光。
在某些实施方式中，该装置还包括设置在半透明材料中的光吸收器，该光吸收器对于大约380nm和大约450nm之间的光波长比对于大约500nm和700nm之间的光波长具有更大的吸收，其中，对于在通过装置的透射或来自装置的反射中观察到的物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当光学吸收器未设置在半透明材料中时对于在通过装置的透射或来自装置的反射中观察到的物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
减少反射眩光的现有技术方法采用将入射光线散射到观察者视场(107)之外的哑光面处理(matte finishes)。本方法是一种改进，因为即使是这些散射光线也将会被多路径吸收衰减，并且会消除或明显减少令人不适的眩光。
示例实施方式的另一方面明确地包含了人类视觉系统的波长和角度相关的敏感度以优化感知的图像比率(312)。仍然参照图3，图像源S(λ，θ)(304)确定场照度(313)，场照度(313)进而指示是否要采用主图像和眩光图像的波长和角度相关的明视、暗视或中间视敏感度函数。这些敏感度被应用于相应的主(308)图像和眩光(309)图像以生成感知的图像强度和对比度值(312)。如果感知的眩光大于目标值(313)，则如前所述引入吸收器(311)，并且随着吸收器的特性的变化迭代由虚线示出的计算，从而使感知的眩光(313)最小化或最优化。
在一些实施方式中，可以基于对主图像(308)的感知的颜色的变化可选地添加对优化过程的微妙约束。可以通过标准的方法例如CIE L*a*b*均匀颜色空间计算来计算主(308)图像和眩光(309)图像的颜色分布。通过主图像中每个像素的L*a*b*坐标与眩光图像相比时的偏移来量化主图像和眩光图像之间的颜色差异。这允许评估这些偏移是否可以被人类观察者在视觉上感知到，如果可以感知到，则可以提供主图像和眩光图像之间的有用对比度。
可以通过考虑以下包括的非限制性示例来理解所述实施方式的这些和其他方面。一个示例涉及车辆挡风件中的眩光消除。例如，汽车挡风件通常相对于垂直方向倾斜以减少对车辆的气动阻力，并且例如，拖拉机拖车上升高的垂直挡风件对向的角度意味着驾驶员的视场对向的角度也不是90度。图2中示出了来自客车的示例性挡风件几何形状，其中，一束与眼睛齐平的光线照射在以63度倾斜的挡风件上。由观察者感知的图像由这些光线的集合组成，这些光线以略微不同的角度传播通过挡风件，并且随之通过其瞳孔到其视网膜上。在下文中，我们将在两种光学波长——绿色(550nm)和蓝色(410nm)——下追踪一个这种光线的最终结果。
参照图2，随机偏振的入射光线(201)击中挡风件并被折射(202)和反射(205)以分别形成源的主透射和反射图像。这些光线的一部分在空气与挡风件之间的界面处被反射和折射，以产生透射(204)和反射(206)眩光图像的阶梯。主(201)和眩光(204)透射图像的相对强度显示在图4A中并在表1中总结。
表1：与图4A中的透射对应的主光线(401)和眩光(403)光线的强度。
主图像的透射在绿色和蓝色波长下几乎相同，但是如蓝色与绿色强度的比率所指示的，对于蓝色的透射眩光稍大，因为在计算(图7，701)中建模的Schott BK7玻璃的折射率在430nm(1.528)比在550nm(1.518)略高。对于主(205)和眩光(206)反射图像观察到类似的模式，并在表2中总结。
表2：与图4B中的反射对应的主光(402)和眩光(404)的强度。
如下文进一步详尽阐述的，在410nm处比在550nm处更能敏锐地感知到眩光。根据一些实施方式，该装置的非限制性示例在挡风件中均匀分布具有图5A中所示出的透射光谱(505)的吸收材料。如可以从图5B、图5C、图6A和图6B以及下面的表3中看出的，这种添加物对蓝色眩光信号的影响是高度非线性的，但是对绿色光线没有影响。
表3：在430nm处具有吸收器的透射和反射强度(图5B、图5C、图6A和图6B)
正如预期的，吸收器的插入将蓝色主图像中的蓝色光量减少了78％，并且由于这些光线永远不会照射到吸收材料上而对主反射图像没有影响。绿色眩光信号的强度没有改变。然而，蓝色眩光在透射上空间范围从21mm减少到12mm(图5B和图5C，503和504)，以及在反射上从62mm减少到24mm(图6A和图6B，603和604)。这些眩光信号的位移通过眼睛的0.02°的角分辨率被很好地分辨；例如，当挡风件设置为距离观察者的瞳孔1米时，每mm的位移对应于约0.06°的角偏移，因此透射眩光减少了27倍的眼睛分辨率极限。如表3中的蓝色/绿色比率所示，眩光的强度也显著降低。在该示例性实施方式中，第四之后的蓝色眩光信号小于主信号的10-10，并且因此基于人类视觉系统的动态范围是不可察觉的。图像的质量和分辨率因实际的和/或感知的眩光而降低，因为尽管眩光强度较低但是其降低形成物体识别基础的强度和颜色对比度。
该实施方式的重要方面是在保持光透射的同时选择性吸收导致感知眩光的光，其在本领域中被定义为透射光与入射光的比率。眩光的感知部分取决于场景照度、视场中物体的反射率以及基于来自明亮的(明视)、居中的(中间视)或昏暗的(暗视)源的整体场景照度选择的视觉敏感度函数的乘积。这些场亮度数字分别大致对应于白天、黄昏和夜间。在更定量的方面，明视敏感度在每平方米约3坎德拉(cd/m2)以上是合适的；中间视敏感度从约3cd/m2到约0.01cd/m2操作；以及暗视敏感度适用约0.01cd/m2以下。参照图12A，2°(1201)和10°(1202)视场的明视敏感度和暗视敏感度(1203)与由于中心注视以5°垂直和0°(1204)或10°(1205)水平位移的眩光敏感度(图12B)的明视敏感度和暗视敏感度有很大不同。根据一些实施方式，在明视照度下通过以下公式量化角度和波长相关性：Vdgl(λ)＝{a*V'(λ)+b*[1.62L(λ)+M(λ)]}+c*[L(λ)-M(λ)]+d*[(1.62L(λ)+M(λ)-e*S(λ)]，其中Vdg是不舒适的眩光，V’是来自视杆光感受器的贡献，L、M和S是来自长波、中波和短波视锥光感受器的贡献，以及系数{a，b，c，d，e}对于相对于中心注视0°水平取向和5°垂直取向分别为{0.963，0.0613，0.719，0.082和-1.395}和对于相对于中心注视10°水平取向和5°垂直取向分别为{0.606，0.157，0.751，0.109和-2.3452}(Fekete等人，Ophthalmic and PhysiologicalOptics，2010，30，182-187)。
换言之，图像及其眩光对应物的感知的影响随波长和入射角而显著变化。通过比较对眩光的敏感度G(λ，θ)与视场的敏感度V(λ，θ)的比率来捕获该变化。图13示出了四个示例性敏感度比率。在明视条件(>3cd/m2)(1302)下，中心注视的5°内感知的眩光图像与中心2°内感知的主图像的比率示出，约530nm以下的波长对眩光的贡献大于对视觉感知的贡献。这种效果对于与中心注视(1301)成10度的图像更加明显，而当观察条件是暗视(1303、1304)时则较小。在中间视场条件下，感知的眩光对波长和角度的相关性遵循相同的逻辑，并且由于三个(或四个)视网膜锥体、视杆和嵌入的光感受器的相互作用而变得复杂，这些光感受器的特性和视网膜上的嵌合体是构成视觉感知的波长和角度相关性的基础。
捕获所有入射光线的吸收介质显然不会产生眩光，但是也不会产生图像——他们是不透明的。本实施方式的方面是选择诸如染料、掺杂剂等的吸收材料以不成比例地吸收处于被不成比例地感知为眩光的波长的光。
在某些实施方式中，吸收介质将透射或反射的实际的或感知的眩光强度降低至不超过主图像的10-10倍。在某些实施方式中，吸收介质将透射或反射的实际的或感知的眩光强度降低至不超过主图像的10-1倍、10-2倍、10-3倍、10-4倍、10-5倍、10-6倍、10-7倍、10-8倍、10-9倍或10-10倍。在某些实施方式中，捕获所有入射光线的吸收介质在透射中不产生眩光。
如上所述，不透明物体可能产生实际的反射眩光，因此不成比例地吸收处于不成比例地被感知为眩光的波长的光的材料可以被并入可以应用于不透明物体的表面的部分透明涂层中。换言之，本公开内容的方法可以同等地应用于减少处于至少部分透射和/或反射的不透明的物体上的感知的反射眩光。
眩光的敏感度函数G(λ，θ)和视觉感知的敏感度函数V(λ，θ)随眼睛处的入射角而变化，因为视网膜的不同区域具有不同的波长相关的敏感度。在以下文献中总结了影响：例如对于眩光感知，在Bullough(Journal of Modern Optics,56(13),1518-22(2009)和Fekete等人(Ophthalmic and Physiological Optics,26,313-17(2006)和30,182-87(2010)；以及例如对于视觉感知，在G.Wyszecki和WS Stiles，Color Science:Concepts and Methods,Quantitative Data and Formulas(Wiley:NY)1982中，每篇文献均通过引用并入本文。
本实施方式的示例设计方法首先考虑视场S(λ，θ)的照度和光谱反射或发射特性。这些生成随后通过部分透明的装置观察的主图像。视场的示例可以是没有路灯的黑暗街道和带有LED头灯的迎面而来的车辆。在一些情况下，单个视场场景可以用于根据一些实施方式，单个场景可以用于设计目的以优化吸收器组成、浓度和光谱吸收特性。在其他实施方式中，变化的场的统计表示可以用于优化吸收器组成、浓度和光谱特性，以便提高主图像在感知的眩光上的可见性。统计表示可以考虑另外的不同的条件，例如其他类型的头灯(白炽灯、卤素灯等)、路灯的存在、使观察者的头部转向不同角度以努力减少眩光、在一个或更多个后视镜中可见的后面的车辆等。
在一些情况下，主图像的可见性与实际的或感知的眩光的比率被最大化。例如，对于夜间场景，根据一些实施方式的汽车挡风件将评估来自由头灯和路灯照明的场景的感知的眩光图像轮廓和强度以及由暗视觉或中间视觉感知的主图像。照亮夜间场景的发光二极管、高强度放电、钠蒸气灯和石英卤素灯的光谱内容乘以代表物体的反射率分布以得到S(λ，θ)，并且然后通过对适当的G(λ，θ)和V(λ，θ)的乘积进行积分来计算对视觉和眩光的相对贡献，以分别估计对感知的眩光和图像形成有贡献的总能量。
该实施方式的另一示例将由日光照明产生的主图像和眩光图像与明视觉敏感度进行比较。在数学术语中，令G(λ，θ)和V(λ，θ)分别是眩光和正常视觉的敏感度函数，并且令S(λ，θ)是如通过入射瞳孔成形并且几何传播到视网膜的场景照度。对于每个场景，感知的眩光强度与感知的图像强度的比率由下式给出
本实施方式的方面是吸收器的引入通过将波长相关的透射函数T(λ，θ)引入被积函数的分子和分母来修改式1：
其中，第n眩光图像通过n次方的透射而减少，其中n是眩光光线穿过部分透明装置的通过次数。主图像通过仅穿过吸收介质一次被衰减。换言之，与其使主图像衰减相比，使一个或更多个波长处的透射衰减的组合的多通吸收使实际的和/或感知的眩光指数减少地更多，并且这种减少通过考虑比率G(λ，θ)/V(λ，θ)被放大。参照图5B，主透射的眩光光线(502)穿过吸收介质一次，而眩光光线(504)分别穿过吸收器3次、5次和7次。
示例实施方式的直接结果是内部吸收器导致作为实际的和/或感知的眩光呈现的能量的量比作为主图像呈现给观察者的能量的量更快地减少。换言之，吸收器的添加降低了眩光强度与图像强度的比率，这是因为T(λ，θ)在以下比率中始终小于或等于1：
因此其对比率(T(λ，θ)n/T(λ，θ))的贡献也总是小于或等于1。在示例设计过程中，波长积分的范围可以在可见波长范围上，例如从380nm到800nm。角度积分的范围可以是从观察者的位置的中心注视(0度)到相对于中心注视45度。在一些实施方式中，角度积分的范围可以是从中心注视到相对于中心注视20度。在式2和式3中，通过考虑观察者位置和半透明物体的几何和光学布置，透射T的值可以利用角度θ(相对于处于观察者位置的中心注视的角度)来表示。例如，穿过半透明物体并且在观察位置以角度θ接收的光线将具有到观察者的唯一路径，因此光线在半透明物体的第一表面的入射角可以根据角度θ确定。
实际眩光
通过非线性吸收减少实际的和/或感知的眩光可以在基于图2中示出的挡风件几何形状的非限制性示例中说明，并且遵循图3中示出的逻辑。水平光线从与垂直方向成63度定向的玻璃板折射和反射。对于处于离散波长的水平光线通过该Schott BK7玻璃板的传播，使用诸如Zemax Optic或/>的光学建模软件来求解麦克斯韦(Maxwell)方程。图16显示了无内部吸收的九个波长处的主光线和眩光光线的常用对数。如基于玻璃的光色散(图7，701)和导致的界面反射的偏移所预期的，主光线和眩光光线的强度示出随波长的最小变化。诸如有机染料或金属掺杂剂的吸收成分的引入吸收380nm和450nm之间的光，但是玻璃在该波长上仍然保持透明，如图17中所示出的。求解这个新情况的麦克斯韦方程导致图18中所示出的主光线和眩光光线的对数强度。如预期的，穿过玻璃一次的主光线在较短的波长处被衰减。这也可以参考表4看出，其中波长小于450nm的光以与图17中染料的内部透射特性相同的模式衰减。然而，眩光强度的模式大不相同，其中衰减随着眩光光束的指数从G1到G6而增加。这也可以在图19中看到，其中总结了透射的主光和眩光强度的降低。例如，当主光束被吸收器衰减到41％时，眩光光线G1至G4被减少到7％、1.2％、0.2％、0.035％，并且G5和G6具有小于主光束的10-10倍的强度。参照图20，反射眩光中看出类似的趋势，其中被吸收器衰减的眩光的比例随着其与主光束的距离而增加。观察实际的和/或感知的眩光减少的另一方式认识到强度对比对于在存在眩光的情况下分辨物体是核心的。图21示出了实际眩光强度的总和除以主光束强度(2101)由于眩光分量的非线性吸收而显著降低，并且感知的眩光(2103)的该比率甚至进一步降低。
表4：对于从挡风件反射和透射通过挡风件的光在使用和不使用吸收器的情况下观察到的强度的比率。
对如(图1：106、107)中几何示出的从挡风件反射的光的类似计算也示出了通过在挡风件中添加吸收元素对眩光光线的非线性衰减，如图20和表4中总结的。这些实际的和/或感知的眩光计算可以针对与透明物体的使用相关的几何、照明和视场条件的范围重复进行，目的是相对于这些和辅助约束，例如颜色偏移的阈值、光透射、材料特性等来使实际的和/或感知的眩光最小化。
换言之，通过在部分透明的物体中并入吸收介质，实际的和/或感知的眩光被非线性衰减。实际的和/或感知的眩光的强度和空间范围的量化减少随着透明物体的照度、视场、取向和形状的几何关系而变化。
随着主图像光线穿过挡风件，选定波长的吸收导致视场中的物体的颜色的偏移。这些颜色偏移通过由Commission Internationale d’Eclairage(CIE,http://www.cie.co.at)提出的L*a*b*均匀颜色空间表示中的偏移来量化。可见颜色的空间已经使用例如已知反射光谱的颜色系统(http://www.munsell.com)中的1269个色片的集合进行经验表征。在存在和不存在示例性实施方式的吸收器的情况下，计算这些色片在日光下(D65)的L*a*b*坐标。参照图28，示出了对于主图像(带有白色填充的黑色实线)和第一眩光图像(带有灰色填充的虚线)的这些颜色偏移的直方图。主图像的平均颜色偏移为3.1最小可觉差(JND)并且标准偏差为0.94，而第一眩光图像偏移为7.5+/-2.3JND。受颜色失真约束的眩光的减少是当前实施方式的重要方面。当前实施方式的范例装置和方法寻求减少眩光，同时将主图像的平均颜色失真保持在小于约20JND，并且优选小于10JND。在一些实施方式中，主图像的平均颜色失真在1JND和10JND之间，而第一眩光图像的平均颜色失真偏移比主图像的平均颜色失真的偏移大至少3JND。在一些实施方式中，主图像的平均颜色失真在1JND和5JND之间，而第一眩光图像的平均颜色失真偏移比主图像的平均颜色失真的偏移多至少3JND。尽管Munsell色谱提供了方便的广泛参考，但是适用于诸如飞机的驾驶舱、LED交通灯、艺术品的博物馆照明等的特定应用的其他参考也可以用于表征颜色失真。示例实施方式的第二方面选择滤波器透射分布以增强主图像和眩光图像的颜色分离。在图28的示例中，从主图像到第一眩光图像的颜色偏移为4.4+/-1.3JND。根据一些实施方式，如使用Munsell颜色系统片计算的，主图像和眩光图像之间的超过约4JND并且优选地超过约10JND的颜色偏移可以是优选的。
示例实施方式的另一方面是眼睛对眩光的敏感度G(λ，θ)和正常图像的敏感度V(λ，θ)之间的差异在波长和角度的比率G(λ，θ)/V(λ，θ)大于1时提供了不成比例的更大的感知的减少。该比率G(λ，θ)/V(λ，θ)是人类视觉系统及其如何感知光的属性。函数S(λ，θ)是包括视场中的发光体和反射物体的视觉环境的属性，并且示例实施方式规定了控制T(λ，θ)的吸收材料，从而减少实际的(式3)和感知的(式2)眩光。
另一实施方式将吸收器选择性地并入到嵌入透明装置中的不同材料中。另外的光学复杂性来源于层压结构内折射率的变化。其非限制性示例是具有夹在两块玻璃板之间的聚乙烯醇缩丁醛的薄层并在图8中示意性地示出的防碎汽车挡风件。参照图7，聚合物和Schott BK7玻璃层的折射率及其色散(随波长的变化)不同，这意味着其界面将发生反射和折射。存在单一的透射(802)和反射(803)主图像，但是眩光光线现在比装置的折射率一致时获得的眩光光线要多。参照图9，内部反射和折射光线(901)追踪通过该装置的许多路径，并且透射的主(P)光线和16条眩光光线中的第一至第八光线(G1至G8)被标记。图10A、图10B、图11A、和图11B显示了透射的和反射的绿光(其中没有吸收)以及在单次穿过图5A中显示的吸收器被添加至的聚合物层时被吸收80％的蓝光的主强度和眩光强度分布。还参照表5，透射眩光的空间范围从21mm(1003)减少到9mm(1004)，并且反射眩光的空间范围从62mm(1103)减少到26mm(1104)。还参照表5，反射和透射两者中的蓝色眩光的强度显著地且非线性地降低。
表5：图8和图9中所示出的层压结构的反射和透射强度
感知的眩光
从上述示例1中计算的实际眩光减少开始，通过根据波长和角度将人类对主光线和眩光光线的敏感度并入可以进一步量化眩光对视觉感知的影响。图13显示了基于通过Bullough(J.Modern Optics,56(13),1518(2009))的测量，在具有5°和10°角位移的视锥中在暗视和明视光照水平下眩光与视觉敏感度的比率。期望主图像中的光与感知的眩光的比率突出意味着该对比增强等于每个波长和角度下的敏感度比率的因子。表6中示出了对于每种眩光光线在明视照明和10°视场下感知眩光减少的说明，以及图21(2103)中示出了对于眩光光束与主光束强度的比率在明视照明和10°视场下感知眩光减少的说明。
表6：在10度视场和明视光条件下有和没有吸收器的情况下感知的强度的比率
换言之，本文中描述的装置和方法选择分布在部分透明物体内的吸收材料，与其降低主图像的强度相比，该吸收材料降低实际和感知眩光的强度的程度更大。本发明的实施方式可以应用于通过完全或部分透明的物体观察光的情况，无论吸收材料在物体内均匀分布还是不均匀分布。
处于55度的层压
本文中描述的方法的另一示例遵循图3中概述的逻辑。考虑在日光(D65)照度(301)下的场景，其中具有平均为灰色，也就是dR/dλ～0的宽带场反射率(302)。光学几何形状(303)通过如图8中描绘的层压的挡风件描述，但是距垂直方向取向55°而不是63°。场照度(313)是明视的，因此相应地选择用于感知的计算的G(λ，θ)和V(λ，θ)。基线光线追踪计算(307)生成图22中示出的结果，510nm非偏振光在1010的强度跨度内产生17条光线。参照图22，作为折射的结果，主光线(P)以-7.5mm的偏移量穿过光源，而16条眩光光束出现在主光束上，总跨度为22mm。这些中的五条，G5、G9、G12、G15和G16(在大约-4mm、+1mm、+5mm、+10mm和+14mm处)是从空气反射的结果：仅玻璃界面；剩下的11条眩光光线也涉及来自玻璃和聚乙烯醇缩丁醛层压层之间的界面的反射。图23显示了针对以15nm的增量从390nm到510nm的9个波长中的每个计算的强度。对于图23的半对数标度上的主(P)和眩光(G1至G16)处的所有九个波长，这些值彼此叠加。
确定了基线眩光强度和空间分布之后，接下来计算当吸收染料被引入聚乙烯醇缩丁醛层时的实际眩光。在图24A中示出在商业上可用的CrystalynTM DLS440A染料(2401)的十个线性增加的浓度下的层的内部透射。在图24B中绘制了在明视(2402)和暗视(2403)条件下根据染料浓度的光透射。
在每个波长和染料浓度下的光线追踪计算生成了针对从图25A到25D和从图26A到图26D中概括的主光线(光线0)和十六个眩光光线(光线2-17)的强度图。随着染料浓度的增加，主光线的强度逐渐降低。然而，如从这些对数图上的重叠强度值的较大跨度中可以明显看出，对于眩光的减少的幅度比对于主光线的减少的幅度要大得多。例如，在420nm处，主(P)和G3和G5降低到8分之一，而G1、G3和G5降低到约400分之一，而光线G9和G12的强度降低到约25000分之一。
实际的眩光也在空间上受到限制，其中远离主光束的光线经历多次穿过吸收层。其中在图26D中如在495nm处有很少的吸收或没有吸收，圆圈位于另一圆圈之上——换言之，光线强度与染料浓度无关。在发生吸收的390nm和465nm之间，大多数眩光强度随染料浓度的衰减比随主光束的衰减快得多。
前述讨论示出了如何通过添加到部分透明挡风件的内部的染料——无论均匀地还是在内层中——来非线性地减少眩光。对挡风件的性能的附加约束，例如在正入射下测量的明视光透射大于90％，也可以合并到该方法中。根据染料浓度的该透射在图24A中示出(2402)，其中对于给定该辅助约束的最佳的眩光减少，本实施方式规定DLS440A染料的浓度为3个单位。1单位的染料浓度产生图24A中的顶部迹线。根据示例性实施方式，定量地揭露了在减少眩光和减少光透射之间的权衡。可以使用纯吸收器或混合的吸收器和浓度重复该过程，导致对于使用吸收材料减少眩光的选项之间的定量比较。
通过上述相同系列的步骤基于感知的眩光而不是实际眩光进行优化，不同之处在于使用角度和波长相关的视觉和眩光敏感度对主强度和眩光强度之间的关系加权。参照图3，在本55°挡风件示例中，我们将视场照度定义为明视(313)，并且使用图12A和图12B中示出的相应的视觉和眩光敏感度进行比较(312)。图27A和图27B示出了根据该方法计算的针对实际(2701)和感知的(2702)眩光的根据染料浓度的眩光强度的波长相关的降低。对每个染料浓度下的波长相关的强度进行积分并归一化示出了实际(2704)和感知的(2705)眩光随着增加的染料浓度而减少。在最短波长下对眩光的敏感度降低导致与对于实际眩光相比，感知眩光值在没有染料的情况下较小，而随着染料浓度的增加更加平缓地减少。换言之，将染料浓度增至三倍的边际效用对于感知眩光(约10％)而言是实际炫光(约20％)的一半。
一些实施方式涉及消除建筑玻璃中的眩光。通过分散的或层压的染料的多路径吸收的基本光学物理与前述的实施方式相同，因此各自计算透射和反射中的主图像和眩光图像，并且将该主图像和眩光图像与在与相应的图像相比更敏锐地感知到眩光的波长处有吸收和无吸收的情况下来进行比较。建筑玻璃中眩光的一个方面是图像对比度因来自明亮光源(例如处于透射的太阳或处于反射的室内灯)的眩光而降低。眩光光线的非线性吸收导致对于主光线和眩光光线的颜色偏移不同。因此，可以选择吸收器，使得眩光光线的感知颜色从主光源的感知颜色偏移。例如，在545纳米到555纳米之间阻挡35％的主光的陷波滤波器在标准的L*a*b*颜色空间中使正常日光白偏移4.5“最小可觉差”。第一眩光光线穿过同一厚度3次，导致这些波长处的53％的衰减，使得白点现在偏移9.4最小可觉差。表7中示出了该示例的颜色坐标的总结。在建筑玻璃中，这影响透过玻璃感知的物体的颜色以及透过玻璃以照亮内部空间的光的颜色二者。应用标准的比色工具可以由此选择系统地使眩光光线的色调、色度和强度与主图像的色调、色度和强度偏移的吸收器，从而提供他们不是主图像的一部分的心理物理上的视觉提示。
通过部分透明层的应用，也可以将相同的关于具有对颜色偏移的约束的眩光的定量优化方法应用于反射眩光。
表7：在透射和反射中观察到的D65光在眩光中的颜色坐标偏移。
一些实施方式涉及减少眼科透镜、太阳透镜或护目镜中的感知的眩光。参照图14，人眼的光学配置以截面的(1401)和等距的(1402)透视图显示。具有8屈光度的基弧的眼镜片(1403)以12mm的顶点距离和10°的广角倾斜(用于眼科透镜的典型值)定向。代表性光线(1404)平行于z轴照射在透镜(1403)上并且相对于透镜的中心偏移0.5mm通过角膜(1405)、房水、瞳孔(1406)、人工晶状体(1407)、玻璃体，然后到达视网膜(1408)。根据一些实施方式，透镜(1403)由在550nm处透明的材料构成并且添加有吸收器以在430nm处产生63％的透射(37％吸收)。图15A至图15C分别显示了对于具有0.00D、+1.00D和-1.00D矫正能力的透镜对于绿色(1501、1502、1503)和蓝色(1504、1505、1506)光在视网膜上的主图像和第一眩光图像的强度。尽管由于矫正透镜引起眩光图像的空间位置偏移，但根据该图，430nm处的眩光的不成比例地减少是明显的，并且在表8中进行了量化，其中对于包含吸收材料的430nm波长，实际眩光与图像光子的比率要小44％、45％和33％。参照图13，G(430nm)/V(430nm)的比率为9，因此对于+0.00D和+1.00D眼镜，吸收材料将430nm处感知的眩光降低到二十分之一，对于-1.00D的透镜降低到二十七分之一。
表8：具有8D的基弧、12mm的顶点距离、10°的广角倾斜的三个眼镜片的主图像和第一眩光图像的视网膜强度。
式1和式2中的函数V(λ，θ)通过乘以暗视、中视或明视敏感度函数(如通过根据既定的物理光学方法对于由瞳孔晕映的视场计算的场照度∫∫S(λ，θ)dλdθ确定的)来说明人类视觉系统的波长相关性。感知的眩光图像G(λ，θ)遵循类似的协议；将眩光强度乘以取决于波长和远离中心注视的角度的适当的眩光敏感度函数，如由图12B中(1204和1205)所示出的。
示例装置在部分透明装置中包含吸收材料或层以降低感知的眩光的强度与感知的主图像的强度的比率。可以在通过物体的透射或来自物体的反射中观察到主图像。这是通过选择吸收材料或层来实现的，这些吸收材料或层优选地且非线性地压制处于比感知为主图像更强有力地感知为眩光的波长的光。
任何视场都呈现其图像通过角度、波长和强度的对比来分辨的光通量，这些角度、波长和强度的对比受到瞳孔和眼睛的几何光学的限制。基于这种对比静态地和动态地二者感知视场中的物体。通过窗户、透镜和其他透明介质观察物体产生空间偏移的眩光图像，并且通常当介质在光学上不平坦时产生几何上变形的眩光图像。因此，眩光降低图像对比度以及降低视敏度。
上面陈述的一些示例和计算涉及较低复杂性的光学元件。物理光学领域的实践者意识到，曲率、厚度或指数梯度、产生散射的纹理和偏振元件将影响本文中描述的方法的细节，而不会改变由此产生的定性和定量的改进。
本公开内容提供减少通过部分或完全透明的装置观察场景的人所感知的眩光的系统和方法。眩光的减少是在通过装置的透射的图像中实现的，并且也是对通过在与光源的位置、透明装置的取向和斯涅耳定律(Snell′s law)一致的角度取向上从装置反射到人的光形成的图像实现的。
可以根据上述方面和特征来实现减少实际的和/或感知的眩光的部分或完全透明装置的各种配置。下面列出一些示例配置。
(1)一种装置，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述装置包括：半透明材料；以及设置在所述半透明材料中的光学吸收器，所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长具有更大的吸收，其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
(2)根据配置(1)所述的装置，其中，对于从所述物体行进到观察所述物体的点的光线，相对于所述半透明材料的前表面的法线测量的入射角在0度至75度之间。
(3)根据配置(1)或(2)所述的装置，其中，所述半透明材料包括玻璃。
(4)根据配置(1)至(3)中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括有机染料。
(5)根据配置(1)至(3)中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括金属掺杂剂。
(6)根据配置(1)至(5)中任一项所述的装置，其中，所述吸收器非均匀地分布在所述半透明材料中。
(7)根据配置(1)至(6)中任一项所述的装置，其中，至少85％的所述主图像强度垂直入射地透射通过所述半透明材料和所述光学吸收器。
(8)根据配置(1)至(7)中任一项所述的装置，其中，透过所述装置或从所述装置观察到的眩光图像的第一色调或第一色度与透过所述装置或从所述装置观察到的主图像的相应第二色调或第二色度相比被偏移。
(9)根据配置(1)至(8)中任一项所述的装置，其中，日光照度下通过1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的平均偏移测量的所述主图像的平均颜色失真在1JND与10JND之间。
(10)根据配置(9)所述的装置，其中，日光照度下通过所述1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的所述平均偏移测量的所述第一眩光图像的所述平均颜色失真偏移比所述主图像的平均颜色失真的所述偏移相比大至少3JND。
(11)根据配置(1)至(10)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括聚合物。
(12)根据配置(1)至(10)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括层压在玻璃层之间的聚合物。
(13)根据配置(11)或(12)所述的装置，其中，所述聚合物是聚乙烯醇缩丁醛。
(14)根据配置(1)至(13)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件。
(15)根据配置(1)至(13)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于机动车辆或住宅的窗户。
(16)根据配置(1)至(13)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于眼镜或护目镜的透镜。
(17)根据配置(1)至(13)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于相机的透镜。
(18)根据配置(1)至(13)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于显微镜或望远镜的透镜。
可以实践用于制造减少实际的和/或感知的眩光的半透明装置的各种方法。下面列出了示例方法。
(19)一种制造装置的方法，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述方法包括：形成包括光学吸收器的半透明材料，其中，设置在所述半透明材料中的所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长表现出更大的吸收，并且其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
(20)根据(19)所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将染料分散在所述半透明材料中。
(21)根据(19)所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将金属掺杂剂分散在所述半透明材料中。
(22)根据(19)至(21)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件。
(23)根据(19)至(21)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于住宅的窗户。
(24)根据(19)至(23)中任一项所述的方法，还包括将聚合物层层压到玻璃层。
(25)根据(19)至(21)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于眼镜或护目镜的透镜。
(26)根据(19)至(21)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于相机的透镜。
(27)根据(19)至(21)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于显微镜或望远镜的透镜。
(28)根据(19)至(23)或(25)至(27)中任一项所述的方法，其中，所述半透明材料包括玻璃。
(29)根据(19)至(23)或(25)至(27)中任一项所述的方法，其中，所述半透明材料包括聚合物。
(30)根据(19)至(23)或(25)至(27)中任一项所述的方法，还包括将所述吸收器非均匀地分散在所述半透明材料中。
下面描述所公开的装置和制造所述装置的方法的附加实施方式。
(1)一种装置，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述装置包括：半透明材料；邻近所述半透明材料的反射性不透明物体或区域；以及设置在所述半透明材料中的光学吸收器，所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长具有更大的吸收，其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
(2)根据(1)所述的装置，其中，从所述装置观察到的所述物体是以反射形式观察到的。
(3)根据(1)或(2)所述的装置，其中，所述半透明材料的透明延伸穿过所述半透明材料并终止于所述反射性不透明物体或区域上。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的装置，其中，所述反射性不透明物体或区域是部分反射性或部分不透明的。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的装置，其中，对于从所述物体行进到观察所述物体的点的光线，相对于所述半透明材料的前表面的法线测量的入射角在0度至75度之间。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括玻璃。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括有机染料。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括金属掺杂剂。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的装置，其中，所述吸收器非均匀地分布在所述半透明材料中。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的装置，其中，至少85％的所述主图像强度垂直入射地透射通过所述半透明材料和所述光学吸收器。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的装置，其中，透过所述装置或从所述装置观察到的眩光图像的第一色调或第一色度与透过所述装置或从所述装置观察到的主图像的相应第二色调或第二色度相比被偏移。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的装置，其中，日光照度下通过1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的平均偏移测量的主图像的平均颜色失真在1JND与10JND之间。
(13)根据(12)所述的装置，其中，日光照度下通过所述1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的所述平均偏移测量的第一眩光图像的所述平均颜色失真偏移比所述主图像的平均颜色失真的所述偏移大至少3JND。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括聚合物。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括层压在玻璃层之间的聚合物。
(16)根据(14)或(15)所述的装置，其中，所述聚合物是聚乙烯醇缩丁醛。
(17)根据(1)至(16)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件。
(18)根据(1)至(16)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于机动车辆或住宅的窗户。
(19)根据(1)至(16)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于眼镜或护目镜的透镜。
(20)根据(1)至(16)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于相机的透镜。
(21)根据(1)至(16)中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于显微镜或望远镜的透镜。
(22)一种制造装置的方法，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述方法包括：形成邻近反射性不透明物体或区域的半透明材料；以及在所述半透明材料中包括光学吸收器，其中，设置在所述半透明材料中的所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长表现出更大的吸收，并且其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
(23)根据(22)所述的方法，其中，从所述装置观察到的所述物体是以反射形式观察到的。
(24)根据(22)或(23)所述的方法，其中，所述半透明材料的透明延伸穿过所述材料并终止于所述反射性不透明物体或区域上。
(25)根据(22)至(24)中任一项所述的方法，其中，所述反射性不透明物体或区域是部分反射性或部分不透明的。
(26)根据(22)至(25)中任一项所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将染料分散在所述半透明材料中。
(27)根据(22)至(26)中任一项所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将金属掺杂剂分散在所述半透明材料中。
(28)根据(22)至(27)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件。
(29)根据(22)至(28)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于住宅的窗户。
(30)根据(22)至(29)中任一项所述的方法，还包括将聚合物层层压到玻璃层。
(31)根据(22)至(27)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于眼镜或护目镜的透镜。
(32)根据(22)至(27)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于相机的透镜。
(33)根据(22)至(27)中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于显微镜或望远镜的透镜。
(34)根据(22)至(33)中任一项所述的方法，其中，所述半透明材料包括玻璃。
(35)根据(22)至(33)中任一项所述的方法，其中，所述半透明材料包括聚合物。
(36)根据(22)至(33)中任一项所述的方法，还包括将所述吸收器非均匀地分散在所述半透明材料中。
虽然已经结合目前被认为是最实用和优选的实施方式描述了一些示例性实施方式，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，并且旨在涵盖权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等同布置。可以在不脱离如权利要求中所定义的本发明的新颖方面的情况下进行修改和变化。所附权利要求在本文中应被广泛地解释，并且以与本发明的精神和范围一致的方式进行解释。
除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。如有冲突，以本文件(包括定义)为准。以下描述优选的方法和材料，尽管与本文所述的那些类似或等同的方法和材料可以用于本公开内容的实施方式的实践或测试中。本文所公开的材料、方法和示例仅为说明性的，并不旨在限制。术语“最小化”或“最小化的”是指改变或已经改变一个或更多个参数以将因变量降低至目标值的15％内。在一些情况下，目标值可以是可由因变量获得的绝对最小值。
术语“最大化”或“最大化的”是指改变或已经改变一个或更多个参数以将因变量增加至目标值的15％内。在一些情况下，目标值可以是可由因变量获得的绝对最大值。
术语“优化”或“优化的”是指改变或已经改变一个或更多个参数以将因变量更改为在目标值的15％内的值。
如本文中使用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“有”、“可以”、“含有”及其变体旨在是不排除附加动作或结构的可能性的开放式过渡短语、术语或词语。单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另外明确地指明。本公开内容还设想其他实施方式“包含”、“由…组成”和“基本上由…组成”，无论是否明确阐述本文所呈现的实施方式或元素。
连词“或”包括由连词关联的一个或更多个列出元素的任何和所有组合。例如，短语“包括A或B的设备”可以指不存在B的包括A的设备、不存在A的包括B的设备或者存在A和B两者的设备。短语“A、B、…和N中的至少一个”或“A、B、…N或其组合中的至少一个”在最广泛的意义上定义为意指从包括A、B、…、和N的组中选择的一个或更多个元素，也就是说，元素A、B、…、或N中的一个或更多个的任意组合包括任何一个单独的元素或与一个或更多个其他元素组合的元素，所述其他元素也可以包括组合中未列出的其他元素。
如本文中使用的术语“第一”、“第二”、“第三”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个元素与另一个元素。
如本文中使用的术语“基本上”表示可归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定程度。术语“基本上”在本文中还用于表示定量表示可能与所述参考不同的程度，而不会导致所讨论主题的基本功能的变化。

Claims (54)

1.一种装置，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述装置包括：
半透明材料；以及
设置在所述半透明材料中的光学吸收器，所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长具有更大的吸收，其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，对于从所述物体行进到观察所述物体的点的光线，相对于所述半透明材料的前表面的法线测量的入射角在0度至75度之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述半透明材料包括玻璃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括有机染料。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括金属掺杂剂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述吸收器非均匀地分布在所述半透明材料中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，至少85％的所述主图像强度垂直入射地透射通过所述半透明材料和所述光学吸收器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，透过所述装置或从所述装置观察到的眩光图像的第一色调或第一色度与透过所述装置或从所述装置观察到的主图像的相应第二色调或第二色度相比被偏移。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，日光照度下通过1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的平均偏移测量的所述主图像的平均颜色失真在1JND与10JND之间。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，日光照度下通过所述1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的所述平均偏移测量的第一眩光图像的所述平均颜色失真偏移比所述主图像的平均颜色失真的所述偏移大至少3JND。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括聚合物。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括层压在玻璃层之间的聚合物。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中，所述聚合物是聚乙烯醇缩丁醛。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于机动车辆或住宅的窗户。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于眼镜或护目镜的透镜。
17.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于相机的透镜。
18.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料形成为用于显微镜或望远镜的透镜。
19.一种制造装置的方法，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述方法包括：
形成包括光学吸收器的半透明材料，其中，设置在所述半透明材料中的所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长表现出更大的吸收，并且其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将染料分散在所述半透明材料中。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将金属掺杂剂分散在所述半透明材料中。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件。
23.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括将聚合物层层压到玻璃层。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于住宅的窗户。
25.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于眼镜或护目镜的透镜。
26.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于相机的透镜。
27.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于显微镜或望远镜的透镜。
28.根据权利要求19至23或25至27中任一项所述的方法，其中，所述半透明材料包括玻璃。
29.根据权利要求19至23或25至27中任一项所述的方法，其中，所述半透明材料包括聚合物。
30.根据权利要求19至23或25至27中任一项所述的方法，还包括将所述吸收器非均匀地分散在所述半透明材料中。
31.一种装置，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述装置包括：
半透明材料；
邻近所述半透明材料的反射性不透明物体或区域；以及
设置在所述半透明材料中的光学吸收器，所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长具有更大的吸收，其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，从所述装置观察到的所述物体是以反射形式观察到的。
33.根据权利要求31或32所述的装置，其中，所述半透明材料的透明延伸穿过所述半透明材料并终止于所述反射性不透明物体或区域上。
34.根据权利要求31至33中任一项所述的装置，其中，所述反射性不透明物体或区域是部分反射性或部分不透明的。
35.根据权利要求31至34中任一项所述的装置，其中，对于从所述物体行进到观察所述物体的点的光线，相对于所述半透明材料的前表面的法线测量的入射角在0度至75度之间。
36.根据权利要求31至35中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括玻璃。
37.根据权利要求31至36中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括有机染料。
38.根据权利要求31至37中任一项所述的装置，其中，所述吸收器包括金属掺杂剂。
39.根据权利要求31至38中任一项所述的装置，其中，所述吸收器非均匀地分布在所述半透明材料中。
40.根据权利要求31至39中任一项所述的装置，其中，至少85％的所述主图像强度垂直入射地透射通过所述半透明材料和所述光学吸收器。
41.根据权利要求31至40中任一项所述的装置，其中，透过所述装置或从所述装置观察到的眩光图像的第一色调或第一色度与透过所述装置或从所述装置观察到的主图像的相应第二色调或第二色度相比被偏移。
42.根据权利要求31至41中任一项所述的装置，其中，日光照度下通过1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的平均偏移测量的主图像的平均颜色失真在1JND与10JND之间。
43.根据权利要求42所述的装置，其中，日光照度下通过所述1269个孟塞尔色片的L*a*b*均匀颜色空间坐标中的所述平均偏移测量的第一眩光图像的所述平均颜色失真偏移比所述主图像的平均颜色失真的所述偏移大至少3JND。
44.根据权利要求31至43中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括聚合物。
45.根据权利要求31至44中任一项所述的装置，其中，所述半透明材料包括层压在玻璃层之间的聚合物。
46.根据权利要求44或45所述的装置，其中，所述聚合物是聚乙烯醇缩丁醛。
47.一种制造装置的方法，其中透过所述装置或从所述装置观察到物体，所述方法包括：
形成邻近反射性不透明物体或区域的半透明材料；以及
在所述半透明材料中包括光学吸收器，其中，设置在所述半透明材料中的所述光学吸收器对在约380nm至约450nm之间的光学波长比对在约500nm至700nm之间的光学波长表现出更大的吸收，并且其中，对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体，在所有可见波长上积分的实际眩光强度与主图像强度的第一比率小于当所述光学吸收器未设置在所述半透明材料中时对于在通过所述装置的透射或来自所述装置的反射中观察到的所述物体的实际眩光强度与主图像强度的第二比率。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述半透明材料的透明延伸穿过所述材料并终止于所述反射性不透明物体或区域上。
49.根据权利要求47或48所述的方法，其中，所述反射性不透明物体或区域是部分反射性或部分不透明的。
50.根据权利要求47至49中任一项所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将染料分散在所述半透明材料中。
51.根据权利要求47至50中任一项所述的方法，其中，形成所述半透明材料包括在形成所述半透明材料期间将金属掺杂剂分散在所述半透明材料中。
52.根据权利要求47至51中任一项所述的方法，还包括将所述半透明材料形成为用于车辆的挡风件或风挡件、用于机动车辆或住宅的窗户、用于眼镜或护目镜的透镜、用于相机的透镜、或用于显微镜或望远镜的透镜。
53.根据权利要求47至52中任一项所述的方法，还包括将聚合物层层压到玻璃层。
54.根据权利要求47至53中任一项所述的方法，还包括将所述吸收器非均匀地分散在所述半透明材料中。
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