CN1164662A - 眩光动态局域减光防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种眩光动态局域减光防护方法，由眩光源检测部分、电子中心处理单元、电源、液晶点阵减光片、装置等部分组成，其特征在于：装置上设有眩光源检测部分、电子中心处理单元、电源、液晶点阵减光片。它利用了现代电子技术和光学原理，采用了新的材料，克服了传统眩光防护方法呆板、反应速度慢、防护效果差的不足，对变化的眩光源所造成的副作用或影响能自动及时有效的防护，是一种最有效的眩光防护方法。

Description

眩光动态局域减光防护方法

本发明涉及一种保护眼睛免受强光刺激的方法，尤其涉及一种眩光动态局域减光防护技术，属于光控防护技术。

强烈的阳光和机动车远光灯光直接照射人的眼睛，会对人的眼产生强烈的刺激，影响人的视觉和视线，严重时以至损伤人的视觉能力，对机动车驾驶员、骑自行车人员会造成严重的交通事故隐患：对林场防火了望，机场地面了望指挥，轮船驾驶、飞机驾驶等工作都会产生严重的影响。

以下把阳光和机动车远光灯对人眼直接照射的强光称为眩光，把人眼受到眩光严重刺激的现象称为眩目，或称为阳光的眩目，机动车灯光的眩目。

眩光对人的影响是变化的，随着人眼与眩光源相对运动位置和角度的不同，眩光程度也会不同，如机动车驾驶员受太阳光的影响，如机动车夜间会车时的影响。随着眩光源亮度与周围环境亮度的对比变化不同，眩光程度也会不同，在大多数场合下眩光影响程度大小是随时变化的。

人眼对眩光有一定自我防护能力，通过自身调节眼睛瞳孔大小、调节入射光线的强度，以防止或减弱眩光对人眼的影响。

人眼调节能力是有限的，当外界光线变化较大或较快时，如夏季进出室内外，人眼调节明显滞后，有时会出现短时失明现象，人眼调节能力受人自身能力所限，由于瞳孔调节变化速度慢，光线很快由亮变暗时，瞳孔过小，看不清视场；光线很快由暗到亮时，瞳孔过大，光线过强，刺激眼睛。

在相当多的场合，人眼对眩光的调节能力不能适应客观周围环境的变化，特别是在眩光源与周围景物亮度差别较大或亮度对比变化较快时，眩光的影响更为强烈。如机动车(汽车、摩托车)驾驶员在夜间照明很差的道路上突然与其它机动车迎面相会的前后瞬间，机动车在阳光灿烂的白天通过隧道前后时刻，飞机高速转弯迎面相对阳光的时刻，驾驶员的眼睛都会出现短时失明现象。

目前，为防止或减少眩目，对眩光最有效的防护方法是采用减弱照射光线强度，减少眩光对人眼的强烈刺激。眩光传统防护方法是使用墨镜、变色镜、偏光镜、镀膜镜等防护镜或防护眼罩。

CN2160122Y ZL91212649.3防护眩光方法是将视场水平分成两个上下不同透光率的区域，水平上半部为眩光滤光区，下半部为正常视场观察区。当眩光产生，如机动车会车时，驾驶员低头使上半部起作用，即上半部眩光滤光区在此时形成整体视线的眩光防护；会车结束后，驾驶员恢复正常操作。设想如果机动车会车时，对面是一队机动车，本车行驶的右侧又有许多行人、自行车、非机动车等行驶，驾驶员是否频繁低头抬头而又不顾及前方及右侧视线呢？显然保持整体视线和防护眩光是必须要同时考虑的。

CN2092766U ZL91212649.3是采用镀膜技术防护眩光。

CN2241892 ZL95210681.7会车太阳两用镜，是采用固定方式的眩光防护方法。

以上传统的方法对眩光的防护措施均为某种机械固定形式，对因眩光变化而产生影响的防护能力有时是很差的，甚至有时会妨碍正常视线的观察，由于传统防护方法只解决了眩光的亮度问题，忽视了眩光与周围视场光线的对比度因素，忽视了眩光动态变化的影响，在防护眩光的同时，减弱了眩光周围其他视场的亮度，影响了眩光周围景物的整体视线。总之，传统防护方法在相当多的场合对变化的强光眩目防护及看清全部视场的效果较差。

本发明的目的在于在不影响有效视线前提下，提供一种最有效的眩光防护方法，也就是提供一种利用现有的电子技术对变化的眩光源所造成的副作用或影响能自动及时有效的防护的方法。

如当眩光源消失时防护措施自动及时取消；当眩光影响较弱时防护程度自动较轻；当眩光影响较强时防护程度自动加大，针对眩光部分进行局域眩光自动减光防护。

本发明的眩光动态局域减光防护方法是这样实现的，它主要由眩光源检测部分(1)、电子中心处理单元(2)、电源(3)、液晶点阵减光片(4)、装置(5)等部分组成，其特征在于：装置(5)上设有眩光源检测部分(1)、电子中心处理单元(2)、电源(3)、液晶点阵减光片(4)，眩光源检测部分(1)的测光材料制成圆柱形，水平放置与底座(6)连接，底座(6)置于外壳(7)上，顶部为眩光测量，圆柱侧面测量背景光线，当无眩光照射时，顶部和侧面光线强度相差不大，当眩光照射时，顶部水平光线强度增加远远大于侧面光线强度的增加，将这种差别变化经电子中心处理单元(2)生成眩光防护的开关信号，自动控制液晶点阵减光片(4)，液晶点阵减光片(4)根据受控信号产生点阵密度的不同，提供不同精度的减光体(S2)，达到眩光动态局域减光防护的目的。

其特征还在于：所述的眩光源检测部分(1)它由聚光镜头，光电传感器，数据传输等组成。

其特征还在于：减光体(S2)形状可调，滤光率可调，基本象素可以是六角型也可以是四方型。

其特征还在于：液晶点阵减光片(4)可用常态透光率大于75％，控制态减弱光线强度30-95％可调节的液晶材料。

其特征还在于：所述的光电传感器可由CCD光电耦合传感器组成。

其特征还在于：所述的电源(3)是一个适合便携工作的高效电源。

其特征还在于：本发明采用动态测量眩光源对人眼的影响，根据眩光对人眼的影响程度动态的自动调节眩光防护，在视场平面装置上针对单一眩光源或多眩光源的影响区域进行防护。

其特征还在于：所述的装置(5)可以是眼镜、眼罩、挡光板。

本发明与现有技术相比，它利用了现代电子技术和光学原理，采用了新的材料，克服了传统眩光防护方法呆板、反应速度慢、防护效果差的不足，对变化的眩光源所造成的副作用或影响能自动及时有效的防护，是一种最有效的眩光防护方法。

利用本发明的方法可以最大限度的减少眩光对人的眩目影响，最大限度的提高有效视场范围，保证正常工作的开展。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，这里所述实施例的方案，不限制本发明，本领域的专业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的范围内，本发明的范围和精神由权利要求来限定。

附图1为等效视场平面示意图。

附图2为动态局域眩光防护技术示意图。

附图3为本发明部件液晶点阵减光片(4)液晶点阵结构示意图。

附图4为本发明部件液晶点阵减光片(4)上减光体(S2)形状组成示意图。

附图5为眼镜式产品外观示意图。

附图6为附图5眼镜式产品无眩光防护的视场平面图。

附图7为附图5眼镜式产品对机动车的眩光防护减光体(S2)的形状组成示意图。

附图8为附图5眼镜式产品对阳光的眩光防护减光体(S2)的形状组成示意图。

附图9为眼镜式产品眩光防护的电路原理示意图。

附图10为本发明部件眩光源检测部分(1)眩光检测器示意图。

附图11为机动车减光防护板对机动车的眩光防护减光体(S2)的形状示意图。

附图12为机动车减光防护板对阳光的眩光防护减光体(S2)的形状示意图。

附图13为机动车减光防护板对阳光热辐射时的眩光防护减光体(S2)的形状示意图。

附图14为液晶点阵减光片(4)在汽车上的位置示意图。

附图15为附图14的液晶点阵减光片(4)对阳光的眩光防护减光体(S2)的形状示意图。

其中：1、眩光源检测部分，2、电子中心处理单元，3、电源，4、液晶点阵减光片，5、装置，6、底座，7、外壳，S2、减光体。

在现实中，眩光源可以是单一的或眩光源集中在一个窄小区域内的近似单一眩光源，如迎面一辆机动车的车灯或一队车队的机动车灯光，也可以是分散在前方视场中的多个眩光源，前者称为单一眩光源，后者称为多眩光源。

在人前方视场范围内，单一眩光源眩光影响视线范围只是整个视场的一小部分，眩光源等效面积一般不会超过人眼全部视场面积的10％。只要对等效视场平面内的眩光斑进行眩光减弱处理即局域处理，就会尽量防止或减少眩光的影响，同时保护整体视场，不影响其他视线，从而进行有效的眩光防护。多眩光源等效眩光斑是分散的，进行多局域减光处理的技术将会使产品成本过大，所以多眩光源眩光防护适宜采用动态防护技术。

1、动态局域防护模型：假设在人眼前面架设平面防护镜，如眼镜、眼罩等。则人前方视野中所有景物完全可以全部等效在平面防护镜上。可以将这个平面防护镜等效为一个几何平面，以下称为视场平面，用S表示，如图1所示。前方视场和景物全部表现在视场平面上，各种单一眩光源如阳光等，则可由平面防护镜所构成的视场平面内一个等效强光光斑，用S1表示，其亮度与眩光直接照射相同，形状和面积为眩光在视场平面内对人眼的投影等效面积。单一眩光源有一个S1，多个眩光源有多个不同的S1。

对单一眩光源，设想构造一个和S1形状相似，尺寸稍微大于S1具有减弱射入光线强度并可调节的减光平面S2，随时自动跟踪S1的轨迹，时刻和S1中心重合，S2覆盖S1，S2使S1的强光斑亮度减弱；当眩光的亮斑S1出现时，S2出现；当S1消失，S2也消失；当S1亮度增强，S2减光强度加大。用S2使S1的眩光作用程度大大降低。对多眩光源需构造多个不同的S2进行眩光防护。

2、眩光源眩光亮度和周围背景光线亮度的眩光影响参数：在眩光强度和背景光线亮度不同条件下，眩目作用不同。当眩光亮度和背景光线亮度都高时，可以进行普通强光防护；当眩光亮度高、背景光线暗时，眩光的作用使人眼睛瞳孔缩小，暗淡的视场需要张开人眼瞳孔，而人眼无法调节瞳孔同时满足眩光防护和景物观察两个不同调节趋势的要求。

眩光对人眼的影响主要是眩光强度远远大于视场周围景物光线强度或者是眩光亮度的突然变化。眩光亮度和周围背景光线亮度差别过大，人眼无法调节瞳孔；眩光亮度突然变化，人眼的调节速度无法跟上眩光变化而影响视线。所以应分别测量眩光源的眩光亮度和周围背景亮度这两个光线参数和快速及时检测这两个光线参数，以判断眩光的影响程度，以下称这两个参数为眩光影响参数。

3、眩光防护的判断条件：眩光的影响可以用眩光影响参数定量表示。当眩光影响参数超过某一(可人工调节的)限定数值时，可以将这个限定数值称为眩光阈值，眩光阈值由眩光照射入眼光线亮度和背景光线亮度的比值决定，眩光阈值大小范围可设定在3～300之间，并可由人工调节眩光阈值设定数值，当眩光影响参数的比值大于所设定的眩光阈值时可以认为需要进行眩光防护，超出眩光阈值的数值作为减光参数，调整减光体的透光率。

4、眩光防护的必要条件

以下对眼镜式眩光防护产品讨论单一眩光源眩光的防护条件。假设人眼瞳孔直径为D，瞳孔面积为S3，人眼到眩光光源距离为L，人眼与太阳阳光的水平仰角为A，人眼到防护镜距离为M。

对于太阳光，L＞＞M，S2≥1.05*S3，即防护减光片面积必须略大于瞳孔面积才可有效防护眩光。

对于机动车远光灯，L最小值也应大于10倍M，所以防护减光片面积为1.1倍S3或者更大一些时才可有效防护眩光。

因此，进行有效眩光动态局域防护的必要条件是存在S2，且满足以下三个条件：

①局域防护：等效眩光斑S1、眩光减光体S2和人眼瞳孔最大面积S3的中心在一条轴线上且S2覆盖S1，S2大于S3。

②动态调整：S2减弱S1强度，随S1强度变化而调整减弱光的能力，无眩光时，S2消失。

③瞬时反应：每次动态局域调整时间应保障人眼不受明显刺激，调整时间应少于90毫秒。

眼镜式产品眩光防护方案实施例，参见图5--图10：

眼镜式产品主要由眩光源检测部分(1)、电子中心处理单元(2)、电源( 3)、液晶点阵减光片(4)、眼镜(5)等部分组成，其特征在于：眼镜(5)的鼻梁上设有眩光源检测部分(1)，眩光源检测部分(1)由聚光镜头、光电传感器、数据传输组成，光电传感器由CCD光电耦合传感器组成，眼镜(5)的镜框上设有电子中心处理单元(2)，眼镜(5)的镜架侧面设有便携工作的高效电源(3)，眼镜片安装处安装有液晶点阵减光片(4)，液晶点阵减光片(4)选用常态透光率大于75％，控制态减弱光线强度30-95％可调节的液晶材料，眩光源检测部分(1)的测光材料制成圆柱形，水平放置，顶部为眩光测量，圆柱侧面测量背景光线，当无眩光照射时，顶部和侧面光线强度相差不大，当眩光照射时，顶部水平光线强度增加远远大于侧面光线强度的增加，将这种差别变化经电子中心处理单元(2)生成眩光防护的开关信号，自动控制液晶点阵减光片(4)，液晶点阵减光片(4)根据受控信号产生点阵密度的不同，提供不同精度的减光体(S2)，达到了眩光动态局域减光防护的目的。减光体(S2)形状可调，滤光率可调，基本象素可以是六角型也可以是四方型。

本发明眼镜式产品眩光防护方案采用动态测量眩光源对人眼的影响，根据眩光对人眼的影响程度动态的自动调节眩光防护，在视场平面装置上针对单一眩光源或多眩光源的影响区域进行防护，

上述实施例的装置(5)为眼镜，也可以是面罩，也可是机动车遮光挡板等。

首先经过传感器检测眩光源的位置，判断S1的位置和形状大小，测量眩光影响参数，然后通过中心控制单元(可以是计算机控制单元)，自动设置防护减光体S2的形状、位置、减光数值等减光参数，其中心电子控制装置示意如图2，最后通过输出驱动电路，使左右液晶眼镜或眼罩上或机动车挡光板上形成动态的、自动跟踪眩光源的、有效的眩光防护减光体(S2)。

1、眩光源检测部分(1)：聚光镜头将外部景象成象在光电传感器上，光电传感器测量两个光参数：眩光高亮光斑亮度和平均视场亮度，通过数据传输将信号传递给中心处理单元，完成眩光影响参数的测量。

光电传感可由CCD光电耦合传感器组成，例如CCD由8乘8像素点阵组成，对单一眩光源，64个像素的平均信号为背景亮度信号，1至4个高亮信号为眩光光源的亮度信号，其位置对应眩光光斑的等效中心位置。

2、电子中心处理单元(2)：通过测量平均视场亮度，决定视场平面的背景亮度参数，或进行强光防护或不进行强光防护，对于晴朗天气防护阳光眩光时，可适当调节视场平面全体减光数值，整体减弱进入眼睛的光线强度，保护眼睛视力。通过检测眩光影响参数，决定减光体(S2)的控制参数，经输出线路，产生适当的液晶减光体(S2)。

3、液晶点阵减光片(4)：如图3和图4所示液晶点阵形式，紧密环绕中心数层构成减光体(S2)，液晶材料可用“宾主一相变型”材料，也可采用其它类型的液晶材料，常态透光率大于75％，控制态减弱光线强度30-95％可调节，在减光体(S2)区减弱光线时仍可透过部分光线，以监视眩光源的运动和位置。

4、简化技术方案：为减低生产成本，简化产品结构，眩光动态局域减光防护技术的简化方案原理示意图如图6-图10所示。

减光体(S2)由点阵形式减化为固定形状，减光体(S2)的形状设定为两种：阳光的眩光防护和机动车的眩光防护(按交通规则右侧行驶原则)。

眩光影响参数由眩光测量传感器和背景光线传感器组成的眩光检测器传感器检测，人工选择阳光或机动车眩光防护方式，人工调节眩光阈值和减光参数等防护参数，当眩光亮度与背景光线亮度的比值-眩光阈值超过设定值时，进行眩光防护，出现指定的动态眩光减光体(S2)。机动车眩光减光体(S2)防护形成与机动车眩光源分布相关，阳光眩光防护技术亦如此考虑到和普通太阳镜相同功能，可在视场平面的其余范围内，由液晶材料制成普通强光减光区域。

眩光检测传感器由两部分测光传感器组成，各自测量光线入射角度方位不同。眩光测量传感器的光线入射角度约为60度，以前方迎面直射眩光光线测量为主，背景光线入射角度远远大于60度，以测量四周环境背景散射光线为主。

采用电子装置的汽车防眩光挡板(又一实施例)

可在原汽车挡光板的位置，采用电子装置的动态局域减光技术，对单一眩光源进行眩光防护，减光防护板(即视场平面)如图11-15所示，产品示意图如图14和15所示，用电子控制的局域动态挡光板替换或补充普通汽车挡光板的功能。同前述简化技术方案相比，增加了阳光强烈照射防护功能。动态减光体仍采用固定形状，因人眼到动态局域减光板(视场平面)的距离加大，等效眩光斑的尺寸与上述的将会不同，减光体(S2)的形状将加大。

汽车防护眩光挡板由动态局域减光板、光电传感器，人工调节部分等组成。机动车眩光防护和前述简化方案相同，阳光的眩光防护增加了防护强烈阳光照射功能。当阳光直接照射时，挡光板出现两种不同透光率的挡光区，水平上半部防护阳光对眼部的眩光，背底和下半部分防护阳光对面部除眼部以下其他部分和身体的强烈照射。动态控制方式同简化技术方案相同相类。

动态局域减光防护技术或方法有如下应用：

1、摩托车驾驶面罩

和传统摩托车安全头盔相结合，在面罩前部安装电子装置可控材料的动态局域减光片，成为防机动车眩光和太阳光眩光的防眩光安全头盔。

2、汽车防眩光电子挡板

传统汽车挡光板为不透光材料制作，采用电子装置可控材料的动态局域减光挡板替换传统汽车挡光板，可以防护机动车的眩光和阳光的眩光，并且可以在防护阳光眩光的同时，减少阳光对驾驶员面部的照射，降低照射带来的炎热，减光体(S2)的形状面积可为整个挡板的50％，或更大，可在防护眩光的同时，不影响前方的视线，如红绿灯、路标等交通信号。

3、飞机减光面罩

在飞机驾驶员头盔面罩上安装电子装置可控材料的动态局域减光片，可使飞机驾驶员在做各种复杂的高速飞行时，不受阳光眩光的干扰。

4、防眩光眼镜

将动态局域减光片替换普通镜片，制成防眩光眼镜，配以可充电轻型电池，以适应各种人员使用，如骑自行车人员，机动车(汽车、摩托车)、轮船、飞机驾驶员，飞机场塔台、防火了望台观察人员等。

通过此项技术的应用，可以减少眩光对人的眩目影响，最大限度的提高有效视场范围，保障正常的工作开展。

Claims (8)

1、一种眩光动态局域减光防护方法它主要由眩光源检测部分(1)、电子中心处理单元(2)、电源(3)、液晶点阵减光片(4)、装置(5)等部分组成，其特征在于：装置(5)上设有眩光源检测部分(1)、电子中心处理单元(2)、电源(3)、液晶点阵减光片(4)，眩光源检测部分(1)的测光材料制成圆柱形，水平放置与底座(6)连接，底座(6)置于外壳(7)上，顶部为眩光测量，圆柱侧面测量背景光线，当无眩光照射时，顶部和侧面光线强度相差不大，当眩光照射时，顶部水平光线强度增加远远大于侧面光线强度的增加，将这种差别变化经电子中心处理单元(2)生成眩光防护的开关信号，自动控制液晶点阵减光片(4)，液晶点阵减光片(4)根据受控信号产生点阵密度的不同，提供不同精度的减光体(S2)，达到眩光动态局域减光防护的目的。

2、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：所述的眩光源检测部分(1)它由聚光镜头，光电传感器，数据传输等组成。

3、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：减光体(S2)形状可调，滤光率可调，基本象素可以是六角型也可以是四方型。

4、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：液晶点阵减光片(4)可用常态透光率大于75％，控制态减弱光线强度30-95％可调节的液晶材料。

5、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：所述的光电传感器可由CCD光电耦合传感器组成。

6、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：所述的电源(3)是一个适合便携工作的高效电源。

7、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：本发明采用动态测量眩光源对人眼的影响，根据眩光对人眼的影响程度动态的自动调节眩光防护，在视场平面装置上针对单一眩光源或多眩光源的影响区域进行防护。

8、根据权利要求1所述的眩光动态局域减光防护方法其特征还在于：所述的装置(5)可以是眼镜、眼罩、挡光板。

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