CN1535393A - 掺杂了氧化钕的车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和窗玻璃 - Google Patents

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Abstract

适于用作用于汽车、卡车、公共汽车、摩托车、机车、运动休闲车、全地形车辆和有篷货车的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料包含氧化钕，一种稀土化合物。氧化钕滤除光谱的黄色部分，以减少眩目光。光谱中包含黄光使颜色不饱和，且降低对比度。当没有日光且只有人工照明时，对比度的改进和眩目光的减少允许例如机动车辆的驾驶员更好地区别物体的对比度。特别地，对于驾驶员来说，黄光的消除减少了在黑暗期间由于来自迎面而来的车辆的传统头灯所发出的光而引起的眼睛过度疲劳。氧化钕还可以加入到用于防弹罩的安全窗玻璃材料。适于用在玻璃窗中的减少了眩目光的窗玻璃还包含氧化钕，一种稀土化合物。氧化钕滤除光谱的黄光，从而提供改进的视觉。光谱中包含黄光使颜色不饱和，且降低对比度。对比度的改进和眩目光的减少允许例如人们在建筑物中使用该窗玻璃，以减少眩目光而不需要通常用来减少眩目光的百叶窗和窗帘的花费。该玻璃可以用作组装的窗玻璃中的多层玻璃。

Description

掺杂了氧化钕的车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和窗玻璃
技术领域
本发明涉及一种新的减少眩目光的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料的开发，具体涉及这样一种新的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料，即，其可以在白天或者晚上驾驶时在为了看见物体所必需的照明程度上提供改进的视觉，以消除驾驶员在看从对面方向来的机动车辆的头灯时所体验的很多不适。其还可以减少当向东或者向西行驶时来自初升的太阳或者落山的太阳的眩目光。这种新的掺杂了氧化钕的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料可以提高在各种照明条件下观察的物体的色彩再现。其可以用于新的机动车辆，以及用于较老的车辆作为售后机动车辆的更新。
本发明还涉及一种新的减少眩目光的窗玻璃的开发，具体涉及这样一种新的窗玻璃，其可以提高观察物体的色彩再现，且消除了由太阳的眩目光引起的很多不适，同时使光透射率最大化。
背景技术
长期以来人们认识到，来自相对方向的迎面而来的车辆的头灯以及来自初升的太阳或者落山的太阳的视觉不适是个主要问题，这个问题直到现在才被认识。
提出了这样一种方法，即在机动车辆的头灯上安装偏光镜。这种技术背后的概念已经由Shurcliff总结(Shurcliff，William A.偏振光的产生和使用，哈佛大学出版社，坎布里奇，麻萨诸塞州，1962，第129-133页)。为了避免在二向色偏光镜中不可避免的光吸收，很多发明者提出了使用特别设计的堆叠板偏光镜的系统(例如，MARKS，英国专利No.762,678，1956所述)。包括体积、易碎性、趋向于变得模糊、偏光缺陷以及生产成本的困难阻碍了该技术的实施。
本发明将色彩校正的机动车辆头灯的概念延伸到了本发明的掺杂了氧化钕的机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料以及减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃，该机动车辆头灯的概念来自白炽密封式光束或者卤钨灯，如在美国专利No.5,548,491(KARPEN，1996)中所公开的，且来自掺杂了氧化钕的后视镜，如在美国专利No.5,844,721(KARPEN，1998)中所公开的，以及还来自色彩校正的高强度放电的机动车辆头灯，如在美国专利No.5,961,208(KARPEN，1999)中所公开的，这些公开物包含在此作为参考。
COMBES(美国专利No.5,830,814(1998))公开了一种适用于生产用于建筑领域或者安装在机动车辆中的窗玻璃的玻璃组合物。这些组合物包含以下成份，由重量百分比表达，由以下范围限定：69到75％的SiO2、0到3％的Al2O3、2到10％的CaO、0到2％的MgO、9到17％的Na2O以及0.2到1.5％的Fe2O3(总的铁量)。这些组合物还包含氟，以及锌、锆、钛的氧化物，和小于4％的氧化钡，剩下的碱土金属的百分比的总和等于或者小于10％。
SAGAGUCHI等(美国专利No.5,958,811(1999))公开了一种具有很好的紫外线辐射吸收率和具有青铜或者中性灰色色彩的紫外线和红外线辐射吸收玻璃，其适于用作汽车或者机动车辆的窗玻璃，还适于用作建筑材料。该玻璃包括，由重量百分比表达，包含65到80％的SiO2、0到5％的B2O3、0到5％的Al2O3、0到10％的MgO、5到15％的CaO、10到18％的Na2O+K2O的基本玻璃成份，以及包含0.20到0.50％的Fe2O3形式的总的铁的氧化物(T-Fe2O3)、0到3％的CeO2、0.025到6.0％的La2O3、0到2％的TiO2、0.0002到0.005％的CoO、0.0002到0.005％的Se、0到0.01％的NiO和0到1％的SnO2的色彩成份，其中，所述Fe2O3形式的T-Fe2O3中的5到25％是FeO。
HAYDEN等(美国专利No.4,470,922(1991))公开了一种增强的、包含高氧化钕的玻璃，其包含40到60％的SiO2、10到30％的氧化钕以及少量的各种其它无机化合物。
KOBAYSHI(美国专利No.4,454,446(1984))公开了一种用作光源的阴极射线管，其面板由包含稀土元素的氧化物Nd2O3和Pr2O3的玻璃材料制成，使得即使在阳光下也能获得令人满意的彩色光和对比度。
MATSUURA(美国专利No.3,714,055(1973))公开了用于在白荧光和暖色的白荧光下彩色摄影的玻璃滤色镜，其由包含各种玻璃成份的玻璃组合物制备，这些玻璃成份之一是含量为0.3到2.5％的氧化钕。
YAMASHITA(美国专利No.4,521,524(1985))公开了用于彩色CRT显示装置的对比度增强的滤光器，其玻璃成份中氧化钕在5到40％之间。
COOK等(美国专利No.4,769,347(1988))公开了用于彩色CRT显示器的对比度增强的滤光器玻璃，其玻璃成份中氧化钕在10到25％之间。
HIRAND等(美国专利No.4,315,186(1982))公开了一种具有掺杂了氧化钕的前透镜部分的反光灯，该前透镜部分熔合到反光镜部分。HIRAND将前透镜部分中氧化钕的量限定到重量百分比为0.5到5.0％的范围。在氧化钕的含量高于5％的情况下，最终的玻璃材料和构成反光镜的玻璃材料之间的热膨胀系数差别很大，使得将该前透镜部分熔合到反光镜基底变得困难。
AYKANIAN(美国专利No.3,354,025(1967))公开了颜色逐渐变化的层压制品。其公开了层压的板和间层，其中，用来结合层压制品的间层的特征在于具有着色带，或者具有越过间层的梯度。该着色带的厚度逐渐减少，在一个边缘的最大厚度到另一个边缘的最小厚度，以产生均匀的色彩梯度。安全的层压制品通常包括两个或者更多的透明面板，在每个面板之间插入塑料透明层。通常使用的间层是由增塑的聚乙烯醇缩醛树脂构成，且通常挤压成或者形成厚度为0.015英寸和厚一些的薄层。这种类型的层压制品的最重要的应用是汽车、军用车辆和飞行器的挡风玻璃。
虽然使用染料来产生逐渐退色的带，以减少眩目光和热量的影响，但是已经发现，通过将色素掺杂到薄片的主体可以总体提高这些性能。层压以后，根据所期望的透射可以在较宽的范围内改变色素浓度。为了获得所期望的效果，层压制品的较黑部分的透射应该小于25％，更优选的是小于10％，最小为1％。
在本发明中，抗眩目光的材料掺杂到挡风玻璃和安全窗玻璃材料的玻璃中，而不只是插入层压制品。除了区分AYKANIAN的技术以外，整个挡风玻璃而不只是越过该挡风玻璃的顶部的一个带具有抗眩目光的化合物。
LYMAN(美国专利No.5,076,674(1991))公开了一种降低了第一表面反射率的电化学铬(electrochemichromic)的后视镜组件。在LYMAN的技术中，氧化钕是三层薄膜堆叠中的多种可能的高折射率材料之一。
本发明实现的而已有技术没有实现的是，减少了透射过掺杂了氧化钕的机动车辆的挡风玻璃、安全窗玻璃材料和减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃的黄光的量，由于减少了光谱中的黄光的量，所以改进了颜色饱和度，且减少了眩目光。本发明对于视觉不适和视觉残疾问题的方法是将氧化钕、稀土元素的氧化物掺杂到挡风玻璃、安全窗玻璃材料和减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃的玻璃中，以吸收黄光和减少其在光谱中的存在。添加到挡风玻璃中的氧化钕的量可以达到0.0225克每平方厘米玻璃面积，以满足美国联邦法规全书(CFR)571.205的第49条和由ANSI在1997年8月11日批准的ANSI/SAEZ26.1-1996的要求，其要求光不小于70％的规则(平行)光透射率。对于用在防弹罩的安全窗玻璃材料，掺杂的氧化钕的量可以达到0.04克每平方厘米面积，以满足美国联邦法规全书(CFR)571.205的第49条和由ANSI在1997年8月11日批准的ANSI/SAE Z26.1-1996的要求，其要求在正入射穿过罩和固定车辆窗玻璃的组合的规则(平行)光透射率不小于60％。掺杂到窗玻璃的氧化钕的量大于0.0244克每平方厘米玻璃面积，以提供总的最大61.81％的透射率。在这个量以下，不足量的氧化钕吸收足量的黄光，令人满意地充分减少了眩目光。当窗玻璃被制成不同的厚度时，实现眩目光减少所必须的氧化钕的量被表示为每单位玻璃表面的重量，而不是玻璃材料的重量百分比。
本发明作为能量守恒技术是重要的。当通过吸收透射光的光谱中的黄光来减少眩目光时，人们不再需要窗帘或者遮蔽物来遮蔽不需要的阳光，所以该玻璃可以用作建筑物的侧面的窗玻璃材料，以允许使用日光照明来代替内部的人工照明。而且，通过窗的侧面，人们可以在700到7000尺烛光的直射阳光下观看效果更好而没有令人讨厌的眩目光存在。
即使在2000年10月，高速公路安全保险协会在其文件中也有关于来自机动车辆高强度放电灯的眩目光的内容，根据约在1998年1月26日与工作人员Mike Cammisa的口头通话，这些车辆的绝对值很小。而且，根据Incantalupo；Thomas；“汽车头灯的眩目问题”，NEWSDAY，2002年5月5日，第A8页，当更多的车辆装备有高强度放电灯或者将它们用作日光行驶灯(daylight running lamp)时，眩目光问题将会增加。此外，福特汽车公司的Vivek Bhise和国家公路交通安全局的Michael Perel约在1998年2月2日到3日与本发明者通话，都表示了担忧来自日光行驶灯(daylight running lamp)的眩目光。
为了说明本发明的重要性，对于其氧化钕成份的讨论如下：
氧化钕是稀土元素，具有60的原子序数和144.24的原子量。其与氧结合形成氧化钕，Nd2O3，分子量为336.48。1
在十九世纪，稀土族的基本形式的说明得到了很好的支持，对于本专利申请中的照明领域很重要的钕的性质甚至在钕被制备成金属形式以前就已知了。在1803年，Klaproth发现了矿物铈土(mineralceria)。其也被Barzelius和William Hisinger大约同时发现。2该矿物证明是多种稀土氧化物的混合物。在1814年，Hisinger和Barzelius将二氧化铈从铈土中分离出来。3在1839年，Moslander在铈土中发现了稀土氧化镧(rare earth lanthana)。4在1841年，Moslander用稀硝酸处理氧化镧，且从中提取出一种新的玫瑰色氧化物，他将其称为钕镨混合物，因为如他所述，它看起来是“氧化镧的不能分开的孪生兄弟”。5
相信钕镨混合物是元素的混合物。其分离证明是困难的。在1882年，布拉格大学的Bobuslav Brauner教授用分光镜检验了一些钕镨混合物部分，发现一组在蓝色区域(λ＝449-443纳米)和另一个在黄光区域(λ＝590-568纳米)的吸收带。6在1885年，Welsbach将钕镨混合物分成两种土族元素(earths)，氧化镨和氧化钕。7氧化钕在黄光区域具有吸收带。氧化钕土族元素(neodymia earth)是氧化钕。
许多研究者对稀土族的光谱产生很大的兴趣。有关离子晶体中的稀土离子的光谱给人印象最深的特征是在它们的吸收和发射带中的很多谱线锐度。早在1908年，Becquerel认识到，在很多情况下，这些谱线可以和那些通常在自由分子的自由原子的光谱中观察到的谱线一样窄。8
然而，很多如今实际使用的固体是非晶体的或者玻璃状的，而不是晶体的。这就意味着在这样的物质中的紧邻的类似离子是相似的，但是在该样本中并不是长程有序。稀土离子容易掺杂到很多玻璃中。很早就注意到，在玻璃中，如所期望的，稀土晶体光谱的很多突出的特征，特别尖锐的光谱线消失了。
从简化的观点来看，玻璃是过冷液态。因此，可以假设，在玻璃中的稀土离子的光谱类似于在液态中的稀土离子的光谱。尽管谱线很宽，但是在液态中的光谱示出了“晶体场分裂”。这表明了液态中的稀土离子由配体的邻近壳层(near neighbor shell)包围-类似于在固态中的结构，且对于各溶解的稀土离子也同样如此，不相关的结构只是超出了邻近壳层。如果在液态中的邻近的配位与在固态中相同，那么人们可以理解晶体场分裂幅度的的相似性并了解该溶液。在玻璃中，稀土离子是作为氧化物掺杂进去的。从刚引用的推理中，人们可以预测，玻璃中的稀土光谱类似于特定稀土离子的稳定氧化物变体的光谱；通过实验发现证明了该预测。9
当在不同的环境下时，离子的吸收可以经历根本的改变。使用二价铜、钴或者镍离子可以获得多种颜色，这多种颜色是由于配位数和周围原子团的种类的差异。离子键变化到共价键产生了完全不同的吸收谱。当理解了造成可见光吸收的电子还造成了化学相互作用和化合物的形成时，光吸收和化学变化的紧密相互依赖并不是意外的。
然而，稀土化合物的情况不同。它们的颜色依赖于发生在内部的、很好保护的电子层中的跃迁，而在其它元素中的化学力约束外电子层中的电子的变形和交换。结果，钕化合物的颜色实际上不依赖于原子的种类，其中该元素被键连。水合盐是紫色的，正如无水盐、氨合物、氢氧化物或者氧化物一样。化学变化只很小程度地影响颜色。10
已经进行了很多关于包含氧化钕的玻璃的研究，以检查吸收谱。Weidert在1992年进行了系统研究。从诸如镨的杂质中第一次相对无污染地获得了纯氧化钕的样本。11公布了光谱，该光谱示出了在从565到598纳米宽度中的黄光的吸收。12
根据Rosenhauer和Weidert，在玻璃中的Nd+3离子的吸收谱发出任何影响玻璃态的稳定性的结构变化的信号。成份变化使玻璃脱玻作用的趋势增加还使Nd+3离子的通常尖锐的吸收带变得模糊。因此，可以使用吸收指示剂来研究氧化物系统的相容性。13在他们的研究中，基玻璃(base glasses)的碱金属不同。碱金属的原子半径越小，吸收带的扩散越大。当由较小的钾、钠或者锂离子来代替大的碱金属时，铷玻璃的细微结构逐渐消失。只通过快速冷却就可以获得相应的锂玻璃；否则会发生结晶。这样，看起来通常在玻璃脱玻作用趋势和其吸收谱之间有联系。在所有容易使钕结晶的玻璃中，只引起吸收谱的稍许散开。14不考虑下面的玻璃的碱基，在玻璃的所有样本中观察到了在565和598纳米之间的黄光的吸收(如图1所示)。15
包含氧化钕的玻璃经历“二色性”。在人工照明下，氧化钕玻璃显示为亮红。色感不但随着照明的种类变化，而且随着玻璃层的厚度变化。在薄层或者具有低浓度的氧化钕的玻璃是蓝色的，在厚层或者具有高浓度的氧化钕的玻璃是红色的。16
V.Ctyroky研究了包含各种浓度的钕和钒的玻璃的二色性。他试图计算产生最大二色性的玻璃厚度和着色剂浓度。这些玻璃的彩色作用是由氧化钕引起的，因为氧化钒产生的绿颜色只用来修改稀土的原始蓝-红二色性。在565和598纳米之间的黄光的吸收如此强烈，使得甚至是微着色的氧化钕玻璃也几乎完全吸收黄光。这样，透射谱分成两部分，蓝色部分和红色部分。这样的玻璃产生的色感依赖于光源的强度分布。在白天，蓝色部分占优势；在短波辐射相对弱的人工照明(白炽)中，红色部分占优势。17
理论上期望，在红绿基本感觉曲线中具有尖锐吸收带的滤光器会导致实际具有中等饱和度的所有颜色的饱和度增加。通过在573纳米处的吸收获得了最佳改进，该吸收使得在玻璃中的氧化钕吸收带的中间下降。18
氧化钕玻璃的特征吸收，尤其是其在光谱的黄光部分中的窄的强带(intense band)，以独特的方式影响色觉。通过这样的玻璃看风景或者盛开的花园时，红绿色调极大地增强；尤其是对包含红色的所有颜色很明显地突出出来。19
当通过包含氧化钕的玻璃观看时，另一个有趣的特征是，蔬菜绿和通过混合无机颜料产生的类似的绿色调之间的差别。尽管两种绿的色调是相同的，但是关于它们的强度分布的反射谱根本不同；因为植物的叶绿素拥有在细微结构上丰富的光谱。20
Bouma解释了如何通过使用包含氧化钕的玻璃，已知的“钕玻璃”，来引入着色的外壳来改进电灯(白炽灯)，(为了简化，外壳指灯泡的外壳)。很明显，光谱的大部分不能衰减到任一程度。否则，效率的下降太大。可以只考虑由相对轻微的光损耗来获得的颜色改进。21
因此，只可能包括光谱中的一个或者多个相对小的区域的吸收。有关的问题是在这方面考虑什么样的颜色？通常，给定颜色的吸收伴随着以下两个缺陷：
1.反射除了该颜色以外的几乎所有颜色的物体看起来太黑。
2.以不太饱和的形式呈现颜色的物体看起来仍然不太饱和。
第一个缺陷主要适用于位于光谱末端的颜色，如红色和蓝色。例如很饱和的红色只有当材料实际排他性地反射红色和橙色时才出现。对于蓝色也同样如此。
对于黄色，情况不同。高度饱和的黄色通常出现在自然界，这不但因为反射了光谱的较窄的区域，而且因为红色和绿色以及黄色被相当好地反射，且只有蓝色和紫色被大量地吸收。
第二个缺陷也特别适用于位于光谱末端的颜色；蓝色当然不会更暗淡，在电灯中再生的该蓝色比日光中的蓝色饱和度低很多。红色的饱和度也不会下降太多，因为否则肤色的再生会更差。
如上所述的原因，第二个缺陷在黄色的情况下也不太重要。
Bouma用由包含氧化钕的钕玻璃制成的灯泡来围绕白炽灯，且和由普通的乳白玻璃灯泡所围绕的白炽灯的色彩再现对比。他的结论指出，颜色的大部分变得更加饱和，特别在照明的相对低的水平产生所期望的变化。特别地，当从日光变化到白炽光时蓝色已经变得相当地不饱和，蓝色以更饱和的形式再次再生。
橙色朝着红色偏移：在黄色到红色方向的偏移通常体验为该颜色变“温暖”了。
当从日光变化到白炽光时绿色变成有些不定的黄绿色，在钕玻璃的影响下，其再次回到绿色。
最后，Bouma注意到，白色和很不饱和的颜色在蓝色到紫色的方向偏移。这当然不被认为是优点，由于该变化不大，而且由于其几乎位于从日光到白炽光的转变的偏移方向相同的方向，该偏移没有扰乱。22
总之，Bouma发现使用包含氧化钕的钕玻璃对于以更饱和的形式再生大多数的颜色和使橙黄色更温暖是有优势的。白炽光的各种缺点，诸如蓝色的退色和绿色朝着黄绿色的偏移，是可部分克服的。可以保留白炽光的最重要的优点诸如橙色及其邻近色的高饱和度、红色的较大强度。
Dannmeyer进行了包含氧化钕的钕玻璃作为在恶劣天气下用于导航的视觉辅助的研究。23如果通过该玻璃看光谱，人们会注意到黄光被去除了，但是红光和绿光显得更加清楚。如果看风景，即使在黑暗的天气，人们也能看到加强了所有红色甚至绿色的美丽的有光泽的颜色。此外还有另一个特别的效果：主要由于黄色产生的不适的眩目效果同时消失了。如果对着明亮的天空看秃树的枝条，人们不能看见枝条的端部。它们通常消失在发亮的地方。然而，如果通过氧化钕玻璃(或者现在技术上称为钕玻璃)看，即使最微小的差别也显得突出了。即使当朝着日落看时，所有对着晴空或者太阳的眩目效果都消失了，光图像的单元看起来更加清晰，且微弱光的图像的对比度更大。
Dannmeyer还注意到，24在夏天和秋天在易北(Elbe)河上以及在北方和在波罗的海中研究使用包含氧化钕的钕玻璃的效果。如所述的，清晰的视觉使得红色和绿色特别清晰。通过船的烟囱、船底漆、舰旗和其它单元的颜色使对船的外部识别更加容易。如果天气朦胧或者有雾，这样人们只能看到其它船灰度对比(grey against grey)的轮廓，还可以看见肉眼看不见的颜色差别。但是，非常重要的是，在朦胧天气下看起来离开相同距离的船，其位置和移动的区分要容易地多，这些船被看成是彼此间处于不同的距离。
已知在易北(Elbe)河上，在日落时，外出的船在日落时观察有时具有由太阳的眩目引起的光学困难。标记难以辨别，即使船的驾驶员非常见多识广，分辨迎面而来的船有时也特别困难。
根据Dannmeyer，包含氧化钕的钕玻璃防止所有这些事情发生。沿着下易北(Elbe)河，即使在朦胧的天气下，人们也可以分辨伸长的海岸线，这样能见度距离实际上延伸了大约一海里。在北海上，可以分辨出在朦胧的天气下无法辨别的各种船只。通过眼镜，船只的灰度显得比周围环境更暗。在落日的反射下，眼睛无法分辨物体，通过包含氧化钕的钕玻璃可以清晰地分辨船只。24
上述对于包含氧化钕的玻璃在窗和室内灯泡中的应用的研究可以应用到以前本发明没有发现的使用中，即用于车辆的挡风玻璃和安全窗玻璃材料，以在白天和晚上驾驶时获得更好的视觉，还可以用于窗玻璃。
根据本发明，当氧化钕玻璃用于机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料，以在白天和晚上以及在恶劣天气下行驶时，滤除了令人不适的不期望的黄光，使得物体具有改进的对比度和色彩再现而更加清晰。此外，消除了由来自相对方向的迎面而来的头灯的强烈的点光源所产生的眼睛疲劳，经历的来自相对方向的头灯的光的不适也就消除了。
眼睛如何观察颜色的生理解释说明了用于机动车辆挡风玻璃和用于安全窗玻璃材料的掺杂了氧化钕的玻璃的视觉效果。下面的说明由Gouras提供：25
在人的视觉系统中有三个视锥结构，峰值灵敏度靠近蓝色-紫色中的440纳米，在绿色中靠近540纳米以及在橙色中靠近610纳米。这些结构在视觉中宽松地称为“蓝”、“绿”和“红”处理，因为它们大致被认为是分别受蓝光、绿光和红光影响。
每只眼睛有大约6到7百万绿视锥加红视锥，以及小于1百万的蓝视锥。绿视锥和红视锥有助于看见发现细节和反差而蓝视锥则不行。蓝视锥被认为是主要提供区分黄色和日光的方法来显示物体；蓝视锥结构由蓝光和日光激励，且由黄光抑制。
当中部光谱(淡黄)图像明显地聚焦在视网膜上时，浅蓝色的波长没有聚焦。低视觉灵敏度与蓝视锥结构相关，高视觉灵敏度与绿视锥加红视锥结构相关。术语“淡黄图像”不一定指日光中的任一黄色含量，因为绿加红就产生了黄色的感觉。
视锥将它们的信号供给到视网膜中和视网膜外的各种细胞。强有力的视锥对向肌细胞是那些由日光中的一种颜色激励且由另一种颜色抑制的细胞。“红-绿对比度检测器”有助于亮度和颜色对比，还有助于景色的单元之间的差别的检测。它们提供有关细微空间细节的信息。
强有力的视锥对向肌(与绿视锥和红视锥相关)由绿光或者红光关闭或者开启，但对于黄光无反应。红-绿对比度检测器由黄光完全抑制。26
这样，使用包含氧化钕的玻璃的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料提供对令人不适的黄光的最大过滤效果，以便改进对比度、视觉灵敏度和颜色识别。
两项最近的有关弱视(low vision)的人的眼睛结构的研究是令人感兴趣的。氧化钕型的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料不但可以帮助正常视觉的人，而且还可以帮助视觉损伤的人。
Faye报告，在观察有颜色的物体时的视觉印象是鲜明的“真”彩色，类似于在强烈的阳光下的视觉。27在观察高对比度的敏锐图表、对比度敏感的图表(Vistch VCTS 6500)以及阅读材料时，当在室内使用包含氧化钕的白炽灯泡时，黑白之间的对比度增加。由于包含氧化钕的灯泡的黄色发射的减小，白色显得更白，黑色显得更黑。
迄今，虽然没有特别的建议，但是从视觉损伤的病人的历史表明了对包含氧化钕的灯泡的很好的反响，这些病人需要日光来很好的阅读(或者不能在人工照明下阅读)。从具有色素性视网膜炎、视神经萎缩、具有影响视野的青光眼以及已经经历全视网膜光凝固法的具有增殖性视网膜病的糖尿病病人中得出了这些很好的反响。
由Cohen和Rosenthal在纽约市的纽约州立大学的视力测定学院进行了一项有关弱视病人的研究。28他们的研究还发现更精确的色彩表现，和视觉灵敏度、对比度的改进，以及减少视疲劳。使用标准白炽灯和标准“A”型氧化钕灯对51个弱视病人进行关于Vistech 6000对比度试验以及高低对比度锐度图表的测试。结果显示，当使用氧化钕灯泡时，有较小的但是在统计上有相当大意义的性能提高。当有优先选择时，主观的优先选择也是喜欢用5比1的比例的氧化钕灯泡。
病人具有这样的病理，诸如毛发退色、白化病、白内障、无晶状体的先天性内障、皮层缺氧症、糖尿病患者的视网膜病、视神经萎缩、病理的近视、初期的眼球震颤、色素性视网膜炎、POP和SMD。
结果表明，使用氧化钕作为机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和建筑窗玻璃的玻璃的掺杂剂将滤除黄光，这样有助于视觉增进红-绿对比度检测器，以改进视觉对比度、视觉灵敏度和更好的色彩识别。
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发明内容
本发明是关于掺杂了氧化钕的挡风玻璃、安全窗玻璃材料和减少眩目光的包含氧化钕的玻璃，其在视觉性能、色彩再现和所看物体的对比度方面提供了重大改进。
光通过玻璃的透射率服从于Lambert-Beers定律，其涉及由吸收系数表示的透射过一定厚度的玻璃的光的量：
Ln(T)＝-AL
在上述等式中，L是玻璃的厚度，A是吸收系数，T是透射的光的百分比，Ln表示自然对数。
为了制作包含氧化钕的玻璃，该氧化钕必须相当纯。杂质可能降低除了由氧化钕吸收的黄光以外的其它光的透射率。
在玻璃制造中使用氧化钕作为一种组分，特别是对于即使不是几千万也是数百万平方英尺的机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃的生产，需要大量的96.0到99.0％纯度的氧化钕。包含氧化钕的玻璃的吸收特性在第二次世界大战前就已知了。然而，生产相当纯的氧化钕的成本很高，因为镧系元素的化学特性是类似的，且分离困难。
在第二次世界大战期间，在从事作为原子弹项目的一部分的核裂变产物的分离时，科学家开发了洗脱色谱(elution chromagraphic)离子交换法来分离稀土元素。主要的突破发生在二十世纪五十年代，当时Frank H.Spedding及其合作者开发了可以生产大量特别纯的单个元素的波段置换(band-displacement)离子交换法。在10年内，开发了可以提供甚至更低价格的单个稀土元素的液-液萃取法。
这样，有可能生产不显著增加新的机动车辆价格的包含氧化钕的挡风玻璃、安全窗玻璃材料和减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃，且包含氧化钕的机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃可以适当地定价，以在贩卖修理用零件的市场竞争。
附图说明
通过参考附图可以很好地理解本发明，其中：
图1是对比若干包含氧化钕的玻璃的光透射率的图。
图2是具有总的光透射率为70.08％的掺杂了氧化钕的玻璃的光透射率曲线的图，该玻璃符合CFR571.205的第49条和ANSI/SAEZ26.1-1996的用于机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料的要求。
图3是具有总的光透射率为62.46％的掺杂了氧化钕的玻璃的光透射率曲线的图，该玻璃符合如每个CFR571.205的第49条和ANSI/SAE Z26.1-1996的用于防弹罩的安全窗玻璃材料的要求。
图4是具有总的光透射率为89％的掺杂了氧化钕的玻璃的光透射率曲线的图，该玻璃符合如每个CFR571.205的第49条和ANSI/SAEZ26.1-1996的用于机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料的要求。
图5是具有总的透射率为61.81％的掺杂了氧化钕的双层(doubleglazed)玻璃的透射率曲线。
图1示出了各种包含氧化钕的玻璃的光透射。其示出了，碱金属的原子半径越小，吸收带的扩散越大。当该大碱金属由较小的钾、钠或者锂离子替代时，铷玻璃的细微结构逐渐消失。在不远的将来本发明的重要性在于，不管玻璃的基本类型，在所有玻璃样本中都可以看到在565纳米到598纳米的黄光的吸收。可以看出，W87锂基氧化钕玻璃吸收95％的585纳米的黄光。
图2是由Duryea，Pennsylvania的Schott GlassTechnologies，Inc.提供的一块具有总的透射率为70.08％的掺杂了氧化钕的玻璃的光透射率曲线。该玻璃在每平方厘米的表面积中掺杂0.0221克的氧化钕。在584纳米处，光透射率是15％；这样该玻璃滤除了85％的黄光。该玻璃符合CFR571.205的第49条和ANSI/SAEZ26.1-1996的用于要求不低于70％的规则(平行)光透射率的机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料的要求。
图3是由Duryea，Pennsylvania的Schott GlassTechnologies，Inc.提供的一块具有总的透射率为62.46％的掺杂了氧化钕的玻璃的光透射率曲线。该玻璃在每平方厘米的表面积中掺杂0.0356克的氧化钕。在584纳米处，光透射率是12.5％；这样该玻璃滤除了87.5％的黄光。该玻璃符合CFR571.205的第49条和ANSI/SAEZ26.1-1996的要求，该要求是用于防弹罩的安全窗玻璃材料的，该要求是在正入射时穿过罩和固定车辆窗玻璃的组合(平行)光透射率至少为60％。
图4是显示三个光透射和反射曲线的图。顶部的曲线是感兴趣的曲线，该曲线是一块具有总的光透射率为89％的掺杂了氧化钕的玻璃的光透射率曲线。其在图上标记为“T”。该玻璃是由Duryea，Pennsylvania的Schott Glass Technologies，Inc.提供的，且该图由Zeeland，Michigan的Gentex公司创作。该玻璃在每平方厘米的表面积中掺杂0.00524克的氧化钕。在584.5纳米处，根据由Gentex公司提供的数据，光透射率最小为81.67％；这样该玻璃在该频率处滤除了18.33％的黄光。该玻璃符合CFR571.205的第49条和ANSI/SAEZ26.1-1996的用于机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和用于防弹罩的安全窗玻璃材料的要求。
图5是具有总的透射率为61.81％的掺杂了氧化钕的双层(doubleglazed)玻璃的光透射率曲线。该玻璃掺杂的密度为每平方厘米的表面积中0.0244克。在582纳米处，光透射率是5％；这样该玻璃滤除了95％的黄光。
具体实施方式
本发明包括包含氧化钕的玻璃的挡风玻璃和安全窗玻璃材料，以滤除多数565和598纳米之间的黄光。
如图2所示，一块每平方厘米掺杂有0.0221克氧化钕的氧化钕玻璃具有总的光透射率为70.08％。超过该量的掺杂量会导致总的光透射率小于70％，这将违反CFR571.205的第49条和ANSI/SAE Z26.1-1996的规定。在优选的实施例中，氧化钕的掺杂量保持在每平方厘米玻璃表面具有0.0225克氧化钕的量以下。
在584纳米处，该玻璃在该波长处吸收85％的黄光，且透射15％。一定量的黄光透射过包含氧化钕的玻璃是重要的，这样可以通过掺杂了氧化钕的挡风玻璃和安全窗玻璃材料看见主要颜色为黄色的物体。最小的透射率出现在584纳米处。此外，为了看见黄色交通信号，以及黄色和橙色警示灯和警告信号也必须要求有一定量的黄光透射率。在该优选的实施例中，光在584纳米处的透射保持最小为15％，光在584纳米处吸收保持最大为85％。
如图3所示，一块每平方厘米掺杂有0.0356克氧化钕的氧化钕玻璃具有总的光透射率为62.46％。超过每平方厘米表面积0.040克的氧化钕的掺杂量会导致总的光透射率小于60％，这将违反CFR571.205的第49条和ANSI/SAE Z26.1-1996的用于防弹罩的安全窗玻璃材料规定。在优选的实施例中，氧化钕的量保持在每平方厘米表面积0.040克氧化钕的量以下。
还如图3所示，玻璃在584纳米处吸收87.5％黄光，且在该波长处透射12.5％的黄光。一定量的黄光透射过包含氧化钕的玻璃是重要的，这样通过包含氧化钕的用于防弹罩的安全窗玻璃材料可以看见主要颜色为黄色的物体。最小的透射率出现在584纳米处。此外，为了看见黄色交通信号，以及黄色和橙色警示灯和警告信号也必须要求有一定量的黄光透射率。在该优选的实施例中，光在584纳米处的透射保持最小为12.5％，光在584纳米处吸收保持最大为87.5％。
对于在挡风玻璃和安全窗玻璃材料中存在的氧化钕，其最大百分比有一个上限。例如，根据Hayden的美国专利No.5,077,240中讨论的“发明背景和理论”，玻璃中可以掺杂的氧化钕最大浓度为30％重量百分比。否则，玻璃会出现脱玻作用。在实践中，氧化钕的浓度会随着在机动车辆挡风玻璃和安全窗玻璃材料中的玻璃的厚度而变化。
而且，当在玻璃中存在小于最大量的氧化钕的量时，在565纳米和598纳米之间的黄光的滤除减少。然而，甚至于最小量的氧化钕也会减少透过玻璃的黄光的量。例如，图4示出了每平方厘米表面积只包含0.00524克氧化钕的玻璃的光透射率曲线。在584.5纳米处，光透射最小为81.67％；这样，该玻璃在该频率处滤除18.33％的黄光。该玻璃的总的光透射率是89％，其符合CFR571.205的第49条和ANSI/SAE Z26.1-1996的用于机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料和用于防弹罩的安全窗玻璃材料的要求。
掺杂了氧化钕的挡风玻璃、安全窗玻璃材料和用于防弹罩的安全窗玻璃材料可以用于这样车辆，诸如汽车、卡车、公共汽车、摩托车、机车、运动休闲车、全地形车辆和有篷货车。
在不偏离如在后附的权利要求书中所述的本发明的主旨和范围的情况下，可以对用来生产该装置的方法、该装置本身以及上述的用于掺杂了氧化钕的机动车辆挡风玻璃、安全窗玻璃材料、用于防弹罩的安全窗玻璃材料和减少了眩目光的包含氧化钕的窗玻璃的方法进行改进。

Claims (35)

1.一种机动车辆挡风玻璃，以及一种用于将565纳米到598纳米范围透射的黄光的量减少高达85％的装置，用于减少在565纳米到598纳米范围透射的黄光的量的所述装置包括所述机动车辆挡风玻璃，所述机动车辆挡风玻璃包括含有每平方厘米玻璃面积高达0.0225克的氧化钕的玻璃材料。
2.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于汽车的机动车辆挡风玻璃。
3.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于卡车的机动车辆挡风玻璃。
4.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于公共汽车的机动车辆挡风玻璃。
5.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于摩托车的机动车辆挡风玻璃。
6.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于机车的机动车辆挡风玻璃。
7.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于运动休闲车的机动车辆挡风玻璃。
8.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于全地形车辆的机动车辆挡风玻璃。
9.如权利要求1所述的机动车辆挡风玻璃，其特征在于：该机动车辆挡风玻璃是用于有蓬货车的机动车辆挡风玻璃。
10.安全车辆窗玻璃，以及一种用于将565纳米到598纳米范围透射的黄光的量减少高达85％的装置，用于减少在565纳米到598纳米范围透射的黄光的量的所述装置包括所述安全窗玻璃材料，所述安全窗玻璃材料包括含有每平方厘米玻璃面积高达0.0225克的氧化钕的玻璃材料。
11.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于汽车的安全窗玻璃材料。
12.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于卡车的安全窗玻璃材料。
13.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于公共汽车的安全窗玻璃材料。
14.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于摩托车的安全窗玻璃材料。
15.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于机车的安全窗玻璃材料。
16.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于运动休闲车的安全窗玻璃材料。
17.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于全地形车辆的安全窗玻璃材料。
18.如权利要求10所述的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述安全窗玻璃材料是用于有蓬货车的安全窗玻璃材料。
19.用于防弹罩的安全窗玻璃材料，以及一种用于将565纳米到598纳米范围透射的黄光的量减少高达87.5％的装置，用于减少在565纳米到598纳米范围透射的黄光的量的所述装置包括所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料，所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料包括含有每平方厘米玻璃面积高达0.040克的氧化钕的玻璃材料。
20.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于汽车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
21.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于卡车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
22.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于公共汽车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
23.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于摩托车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
24.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于机车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
25.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于运动休闲车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
26.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于全地形车辆的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
27.如权利要求19所述的用于防弹罩的安全窗玻璃材料，其特征在于：所述用于防弹罩的安全窗玻璃材料是用于有蓬货车的用于防弹罩的安全窗玻璃材料。
28.一种用于减少眩目光的视觉目的的窗玻璃，以及一种用于将568纳米到590纳米范围透射的黄光的量减少的装置；用于减少透射光的量的所述装置包括所述窗玻璃，所述窗玻璃包括根据所述窗玻璃的总的表面积包含每平方厘米大于0.0244克的氧化钕的玻璃材料。
29.如权利要求28所述的窗玻璃，其特征在于：所述窗玻璃将在582纳米处透射的黄光的量减少至少95％。
30.组装的窗玻璃，包括多层玻璃，其中：最小的氧化钕的量为每平方厘米窗面积为0.0244克。
31.如权利要求30所述的组装的窗玻璃，包括多层玻璃，其特征在于：所述的组装的窗玻璃将在582纳米处透射的黄光的量减少至少95％。
32.一种用于减少眩目光的视觉目的的窗玻璃，以及一种用于将568纳米到590纳米范围透射的黄光的量减少的装置；用于减少透射光的量的所述装置包括所述窗玻璃，所述窗玻璃包括根据所述窗玻璃的总的表面积包含每平方厘米大于0.0244克的氧化钕的玻璃材料，而这和所述窗玻璃的厚度无关。
33.如权利要求32所述的窗玻璃，其特征在于：所述窗玻璃将在582纳米处的透射的黄光的量减少至少95％。
34.组装的窗玻璃，包括多层玻璃，其中：最小的氧化钕的量为每平方厘米窗面积为0.0244克，而与所述窗玻璃的层的组合厚度无关。
35.如权利要求34所述的组装的窗玻璃，包括多层玻璃，其特征在于：所述的组装的窗玻璃将在582纳米处透射的黄光的量减少至少95％。
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