CN1965260B - 带电光功能的眼镜片 - Google Patents

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Abstract

一种眼镜片，包含有透明基片(3)和集成在该基片上的电光装置(5)的镜片，所述电光装置响应电信号的激励执行光学功能。本发明的镜片包括至少一个集成在所述基片上的光电池(6)，该光电池响应输入光给所述电光装置供电；还包括可选的控制电路，用于控制电压。光电池(6)可包括在占有镜片面积一小部分的不透光元件中。可选地，光电池(6)可以是透明的并占镜片面积的至少一部分。

Description

带电光功能的眼镜片
技术领域
本发明涉及包括电光装置的眼镜片。
背景技术
为了提高眼镜佩戴者的舒适度，或者向他们提供新的功能，已采取过很多的尝试来适应眼镜片即眼镜镜片的某些光学特性。例如，在高亮度的情况下减少镜片的光透，在周围光线回归正常时或者光线强度比较低时，重新增加镜片的光透。变色眼镜(photochromic lenses)执行上述功能，但是这种镜片所提供的光透变化由照射到镜片上的紫外线的强度决定。因此变色眼镜采用的光透强度在某些情况下不适用。尤其是，在轿车中，变色镜片保持在一个高透明度的状态，而不管阳光强度如何。当轿车驾驶者佩戴具有变色镜片的眼镜时，轿车驾驶者得不到保护，强光会把眼睛弄花。
电光系统使得能通过电激励的方式来控制光学特性。例如，变色镜片的光透响应电流的变化而变化。
电光系统因此需要一个电源以提供电激励。小尺寸的电池已经集成在镜框上以给集成在镜片上的电光装置供电。这种电池放在眼镜的镜架(branches)即镜腿(temples)上，或者藏在两个镜片之间镜框的鼻梁架中。于是，建立了电池到电光系统的电连接。
上述电池电源的缺点在于相当大的重量和尺寸。另外，它们总是预定为那些具有给定形状镜框的镜片而生产。不幸的是，在大部分情况下，镜片的生产独立于镜框，因此，它们被切割、修整和/或钻孔以适应镜框或装配架(jig)的大小，然后它们被装到镜框或者装配架上。由于镜框和装配架形状的千变万化，电接头的设计非常困难，该电接头的一部分在镜片被切割成规定尺寸之前做在镜片上。另外，在镜片装到镜框上之后，这些电接头还需要连接到镜框上。由于完成这样的连接需要执行精加工(finishing)步骤，因此特别昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种带电光系统的眼镜片，其没有上述缺点。
本发明因而提供了一种包含有透明基片和集成在该基片上的电光装置的眼镜片，从而响应电信号激励执行光学功能。本发明的镜片还包括至少一个集成在所述基片上的光电池，从而响应入射光激励所述电光装置，以及可选择地包括一个控制电路，用于控制由光电池产生的电压，该控制电路与基片一体形成。
因此，根据本发明，电光系统和电源都集成在镜片的基片上。因而所述电光系统和电源之间的电接头也集成在所述基片上，因此，这些接头与镜框分离。在镜片安装到镜框上之前，能在镜片范围内实现电连接。尽管由于电光系统的存在，但随后的组装不需要调整。特别是，这样能用很低的成本来完成组装。
而且，将电连接集成在镜片的基片上使得能够运用小尺寸的接头，或者真正的微型接头。这样的连接很小或者甚至是不可见的。因此满足眼镜所适用的外观要求。
根据本发明的镜片的另一个优点来自于所用的电源的特性，不同于电池，光电池不需要周期性地更新，这是由于光电池所提供的能量产生于入射光的缘故。
根据本发明的一个优选实施例，所述光电池对可见光敏感。因此，光学功能作为镜片佩戴者的眼睛敏感的亮度条件的功能被激活。光学装置因此顺从于视觉可察的光学功能被激活。
光电池可以以各种各样的方式集成在所述镜片基片上。在本发明的第一种类型的实施例中，光电池被包括在一个集成在基片上的不透光元件中，这个不透光元件所占的面积小于镜片面积的10％。这引起很小的视觉障碍，甚至不会导致视觉障碍，如果不透光元件的尺寸足够小的话，这使得能够保持用作视觉目的的镜片表面的那一部分镜片的透明度完好无损。
在本发明的第二种类型的实施例中，光电池部分透明，并有一个至少占有一部分镜片表面的光线收集表面。在这样的情形下，光线收集表面可以大，使得能获得一个增强的电信号激励。另外，这种类型的实施例不需要使用不透光元件，这意味着可获得外观比较有吸引力的镜片配置。
优选地，控制电路也集成在镜片的基片上，这使得提供给电光装置的电激励能相对匹配光学功能所期望的幅度，这也使得电激励能相对匹配电光装置的固有的操作特性。尤其地，所述控制电路还包括一个增压电路用来提高光电池所产生的电压，尤其是用来达到光学功能的激活阈值。
可选地，控制电路可以是部分透明，在这样的情形下，其至少部分位于用作视觉目的的镜片的一部分中。术语“用作视觉目的的镜片的一部分”用来指位于眼睛和视野中所看的物体之间的镜片的一部分。由于控制电路位于镜片中，因此没有外观防碍。
可选地，可通过将几个光电池单元串连以获得一个合适的电源电压，从而避免使用控制电路。
本发明也提供了一种包括至少一个上述眼镜片的视觉设备，尤其是眼镜。
附图说明
通过阅读参照附图对以下两个非限制性实施例所作的描述，本发明的其他特点和优点将会变得明显。
-图1a示出了根据本发明的第一实施例的一副眼镜示意图；
-图1b示出了图1a中实施例中的镜片的剖视图；
-图2a示出了根据本发明的第二实施例中的镜片示意图；
-图2b示出了图2a中实施例中的镜片的剖视图。
在图中，为清楚起见，所示各种元件的尺寸同它们的实际尺寸并不成比例。而且，在所有的附图中，同样的附图标记代表相同的元件或者具有相同功能的元件。
具体实施方式
镜片的光学功能可以是各种类型，可以是如美国专利No.6250759中所描述的那样通过适应镜片的色度而加强对比。也可以是利用特定方向的偏振光滤光而加强对比。
在下面所示的实施例中，镜片的光学功能是提供避免阳光照射的保护或者是防止阳光花眼的保护。这个功能通过电激活。在初始状态中，眼镜中的每个镜片在可见光谱部分表现出高的光透。响应电信号的激励，镜片变黑：其对可见光谱的光透减少。
为了执行上述功能，电光装置包括一个可变光透的系统，例如，这种系统可以是电致变色类型的。优选地，它是一个具有少量电消耗的系统，例如基于液晶的系统或者基于电泳类型的系统。对这样的系统，导致光透变化的电激励是电场，即，其对应于施加到所述系统两个输入端的电压，电消耗低，同小尺寸的电源兼容。
在第一个实施例中，如图1a和图1b所示，光电池是基于半导体的。这样的光电池能用任何已知技术制造，例如，通过使用下列合金中的任一种来制造：碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)或者包含铜的黄铜矿，如铜和二硒化铟(CIS)。有利地，光电池基于单晶硅或者是基于微晶硅或非晶硅。
因此成本很低，也不包含任何在眼镜破碎或者损坏时具有毒性的物质。采用上述所列的技术实现的光电池都表现出包括至少对人眼可见的光谱的一部分的光谱响应。
如图1a中所示，一副眼镜由具有两个镜腿2的镜框1和装在镜框1中的两个镜片3构成。术语“眼镜片”用来指任何包括下述透明基片的镜片，该透明基片是无机或有机材料，是复合物并具有能够变化的形状来适应镜框以保护或者矫正视力。这些镜片可能是远焦的、单焦的、双焦的、三焦的或者是更多焦的。尤其是，一个眼镜片可呈现出多层和/或叠层结构。制造过程可能包括将层沉积在基片上的操作，如通过蒸发预定的物质。为了形成每个镜片3最终的基片，制造过程还可包括将多个基片，即“基片单元”装配在一起的操作，例如，通过层压或者粘着力将基片单元装配在一起。
每个镜片3包括一个可变光透系统5，例如一个液晶系统。这样的液晶系统可能是具有保持电压的类型或者是具有双稳态类型。通过大约3V的电压来控制所述保持电压系统，而为了使得光开关出现，所述双稳态系统需要15V的电压脉冲。系统5可放置在用于视觉目的的镜片3的表面的一部分上，也可放置在镜片的整个表面上。
每个镜片3还包括一个例如单晶硅类型、微晶硅类型或者非晶硅类型的光电池6。光电池6可包含在一个不透光元件7中，该不透光元件7集成在所述镜片的基片上并占有相比于镜片面积来说小得多的面积。优选地，不透光元件7所占的面积小于镜片面积的10％。例如，不透光元件7的尺寸可以是2mm×3mm。这样的不透光元件7位于不是用于视觉目的的每个镜片3的一部分中，例如在镜片的底部侧面部分中。
每个不透光元件7也可包含一个电子控制电路8(图1b中)。每个控制电路8可包括一个光电池6提供的电压的适配器，在单个元件7(即不透光元件7)中光电池6与所述适配器相连接。控制电路8和光电池6的连接接头也包括在所述元件7中。这能够通过任何已知的用于组装集成电子电路的技术来实现。
如图1b中所示，每个镜片3可由两个透明基片单元3a和3b构成，该透明基片单元3a和3b通过其外围附近的粘合剂组装在一起。基片单元3a是背部基片，基片单元3b是前端基片。每个基片3a和3b都对可见光谱呈现出高光透，例如97％。
液晶系统5以薄膜的形式放在两个基片3a和3b之间。优选地，基片3a或3b中的一个位于镜片内的表面在形状上呈现一个与液晶系统5互补的凹部(housing)。通过提供这样一个凹部，液晶系统5的操作不受由将基片3a和3b组装在一起这一操作可能导致的任何压力的干扰。
基片3b在其在镜片内部的表面上呈现一个凹部10。可在基片3b模铸的时候形成该凹部10，或者在基片3b模铸之后通过机械加工形成该凹部10。包括光电池6和控制电路8的元件7可用粘合剂粘在凹部10内。来自控制电路8的两个电输出端(connections)9a和9b，固定到元件7，每个具有接触接点的形状。当基片3a和3b通过他们各自位于镜片内部的表面安装在一起的时候，两个电输出端9a和9b同液晶系统5的两个对应的电源接线端相接触，在组装操作的过程中，该液晶系统5放在朝向输出端9a和9b的位置。
尽管图1a和1b只显示了一个放在每一镜片中的光电池，每个镜片的表面可以分布多个光电池。在这样的情形下，在给定的镜片中，适当的输出端与多个光电池互连以便以已知的方式获得具有同液晶系统5的操作特性相匹配的电流和电压特性的电源。
也可在每个镜片上集成很多的尺寸非常小的光电池，例如每个电池所占的镜片面积小于100平方微米。每个光电池构成一个单独不可见的点，由于在镜片的表面上，相邻的光电池之间具有间隙，所以镜片仍然保持整体透明。
在下文所述的第二个实施例中，光电池6部分透明。它具有一个至少占有每个镜片面积一部分的光线收集区域。因此如图2a和图2b所示，光电池6所占的镜片3的一部分面积可能同液晶系统5所占的镜片3的一部分面积具有相同的量级。
优选地，光电池6在任何点所吸收的光线少于在那个点入射到镜片3上的光线的30％。因此，只要其阳光保护功能还没有激活，尽管在镜片3的对视觉目的有用的一部分表面上存在光电池6，其仍然同具有高光透的镜片3兼容。
光电池6可能是光电化学类型的。其包括两个同镜片3的表面平行的相互朝向的透明的平面电极6a和6b(图2b)。镜片3的最终基片由三个基片单元3a、3b和3c组装在一起组成的，它们的组装方式是基片单元3c位于基片单元3a和3b之间。电极6a和6b放在基片3a和3b的内表面上，该两个内表面互相朝向。电极6a和6b通过大约0.05mm左右的距离相互分开，相互之间没有直接的电接触。电极6a和6b中至少有一个可能是基于铟和氧化锡(ITO)或者是基于掺氟的氧化锡(SnO2，F)。它们被充满电解质的腔体6c隔开。电解质可能是液体，优选是固体。也可用具有p型导电特性的有机或者无机物质来替换电解质，例如由空穴导体构成的有机或者无机物质。
光电化学电池包括能够吸收穿过镜片3的一部分光线的元件。例如，这些元件可以是纳晶或者富勒烯(fullerenes)。当光电化学电池包含金属氧化物的纳晶时，它可能是文献“基于染料敏感的胶状二氧化钛薄膜的低成本、高效率的太阳电池(“A low-cost，high efficiency solar cell based ondye-sensitized colloidal TiO2 films”by Brian O’Regan and Michael Graetzel，Nature 353(1991)，pp.737-740)”中所描述的类型。在这样的情形下，纳晶基于氧化钛(TiO2)并有结合到其表面的染料分子。可参考前述文献以获得所述光电池和制造它的方法的更进一步的细节。
液晶系统5放在基片3a和3c之间。两个输出端9a和9b将光电池6连接到液晶系统5。输出端9a连接电极6a到液晶系统5的电源接线端中的一个，输出端9b连接电极6b到液晶系统5的电源接线端中的另外一个。输出端9a和9b中的每一个都有如上参照图1b所述的同样的组装结构和方法。
图2a和图2b没有示出用来控制光电池6提供给液晶系统5的电压的电路。这样的控制电路可包括在图2a和图2b所示的镜片3中的不透光元件中，类似参照图1a和图1b所述的那样。优选地，在所描述的第二个实施例中，控制电路直接集成在镜片3的一个基片单元中。已知地，控制电路也可能是透明的。它可以位于镜片3的表面的任何地方而不缩小视野范围，也不妨碍镜片的佩戴者。
在本发明的所有实施例中，每个镜片可进一步包括用来中断从光电池到电光装置的供电的装置。这样的控制装置可包括一个以合适的方式连接的开关。尤其是，这样的开关可放置在连接光电池和电光装置的一个接头中。这使得其能断开向电光装置供电的电路，以中断电源供电。开关也可连接在电光装置的电源输入端。短路电光装置的电源接线端引起关掉光学功能。这样的开关可手动控制。它可以是与镜片前表面齐平地放置的微型开关。尤其地，也可是包含在上述不透光元件中的开关。
每个镜片还可包括一个适当地连接的光敏二极管或者光敏晶体管来设置入射光的强度阈值和激活或去激活光学功能的特定模式。这样的光敏电子器件可包括在不透光元件中。或者它可以是部分透明并直接集成在镜片的一个基片单元中。
最后，应当可以理解的是本发明所述的上述针对眼镜的应用也可用到其他的视觉设备上。具体地，这样的视觉设备可包括驾驶员或者骑摩托车的人的头盔，或者用于登山或滑雪的护目镜。光电池和电光装置集成在头盔的遮光板中或者护目镜的镜片中。

Claims (14)

1.一种眼镜片，包括：
-透明基片(3)；
-集成在基片上的电光装置(5)，所述电光装置响应电信号的激励执行光学功能；
-至少一个集成在基片上的光电池(6)，用于响应入射光给电光装置供电；
-控制电路(8)，用于控制所述光电池(6)产生的电压，所述控制电路和基片(3)集成在一起，
其特征在于，所述光电池(6)是基于半导体地，并包含在一个不透光的元件(7)中，该不透光元件(7)集成在基片(3)上，并且占用不超过镜片面积的10％面积。
2.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述光电池(6)基于单晶硅、微晶硅或非晶硅。
3.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述光电池(6)基于碲化镉，或者基于含有铜的黄铜矿。
4.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，在所述镜片上依次放置多个光电池。
5.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，多个光电池分布在镜片上，并且至少一个所述控制电路(8)集成在所述基片上。
6.根据权利要求1所述的镜片，其中，所述光电池(6)对可见光敏感。
7.根据权利要求1所述的眼镜片，其中电光装置(5)包括一个可变光透系统。
8.根据权利要求7所述的眼镜片，其中，所述可变光透系统基于液晶。
9.根据权利要求7所述的眼镜片，其中，所述可变光透系统是电泳类型。
10.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述控制电路(8)部分透明。
11.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，所述控制电路(8)包括一个用于提高由所述光电池(6)产生的电压的增压电路。
12.根据权利要求1所述的眼镜片，其中，其还包括一个控制装置，用于切断由所述光电池(6)向所述电光装置(5)的供电。
13.一种视觉设备，包含至少一个如权利要求1所述的眼镜片。
14.根据权利要求13所述的视觉设备，包括一副眼镜。
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