RU2082209C1

RU2082209C1 - Antidazzle device

Info

Publication number: RU2082209C1
Application number: RU93005707A
Authority: RU
Inventors: В.В. Беляев; Н.Ф. Ковтонюк; А.Б. Кузнецов; С.Л. Легезо
Original assignee: Центральное научно-производственное объединение "Комета"
Priority date: 1993-02-01
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1997-06-20

Abstract

FIELD: driving of motor transport facilities in darkness hours. SUBSTANCE: the device uses liquid crystal electrooptical shutters on the basis of the twist-effect, photodetector, amplifier, power source. If photodetector illuminance exceeds the threshold value (1.4 to 2 lx), the electrooptical shutters get closed, the brightness of head-lamps of the transport coming from the opposite direction perceived by the driver's eyes is reduced by 5 to 40 times. To increase the passage of the lower beam, the width of the first polarizer or transparent electrodes makes up 53 to 60% of the width of the liquid crystal cells, counting from the upper edge of the cells, and the principal axis of the second polarizer is directed perpendicularly to the plane of the roadway pavement. EFFECT: enhanced safety. 3 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам, предназначенным для предотвращения ослепления при работе с яркими источниками света, прежде всего при вождении транспорта в ночное время. The present invention relates to devices designed to prevent blinding when working with bright light sources, especially when driving vehicles at night.

Известно устройство, состоящее из двух заключенных в оправу очков жидкокристаллических ячеек на твист-эффекте и соединенной с ними солнечной батареи [1] В широком диапазоне входной освещенности (2 • 10³ 4 • 10⁴ лк) на глазах наблюдателя поддерживается постоянное значение освещенности (около 10³ лк).A device is known that consists of two twisted-effect liquid-crystal cells framed by glasses and a solar battery connected to them [1] In a wide range of input illumination (2 • 10 ³ 4 • 10 ⁴ lux) a constant value of illumination is maintained in the eyes of the observer (about 10 ³ lx).

Недостатком устройства при применении его в качестве противоослепляющего устройства при вождении в темное время суток является одновременное ослабление световых потоков от фар встречного транспортного средства и дороги перед автомобилем, а также недостаточная чувствительность солнечной батареи к слабым пучкам света (1 10 лк), что не позволяет развить напряжение, необходимое для срабатывания ЖК ячеек. The disadvantage of the device when used as an anti-glare device when driving in the dark is the simultaneous weakening of light fluxes from the headlights of an oncoming vehicle and the road in front of the car, as well as the insufficient sensitivity of the solar battery to weak light beams (1 10 lux), which does not allow voltage required to operate the LCD cells.

Также известно противоослепляющее устройство, представляющее собой очки для водителей, состоящие из заключенных в оправу стекол, у которых затемнена лишь часть, сквозь которую смотрят на источники света [2]
Их недостатком является отсутствие изменения пропускания слепящего источника света.Also known is an anti-glare device, which consists of glasses for drivers, consisting of glass frames that have only a part darkened through which they look at light sources [2]
Their disadvantage is the absence of a change in the transmittance of the blinding light source.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, состоящее из одной или двух заключенных в оправу жидкокристаллических ячеек, представляющих собой последовательно расположенные по отношению к глазам наблюдателя защитное прозрачное покрытие, первый поляризатор, первую прозрачную пластину, первый прозрачный электрод, первое ориентирующее покрытие, ориентированный по твист-эффекту слой жидкого кристалла с фиксирующими толщину элементами, второе ориентирующее покрытие, второй прозрачный электрод, вторую прозрачную пластину, второй поляризатор, второе защитное прозрачное покрытие, а также из схемы управления пропусканием ячеек, содержащей фотоэлемент, усилитель, переключатель, источник питания, и соединенный с их электродами [3] В зависимости от уровня освещенности схема управления и поляроиды обеспечивают изменение пропускания твист-ячеек в 3 50 раз. Closest to the claimed is a device consisting of one or two rimmed liquid crystal cells, which are a protective transparent coating sequentially arranged relative to the observer's eyes, a first polarizer, a first transparent plate, a first transparent electrode, a first orienting coating oriented in a twist a liquid crystal layer with thickness-fixing elements, a second orienting coating, a second transparent electrode, a second transparent plate, a second a polarizer, a second protective transparent coating, as well as from a cell transmission control circuit containing a photocell, amplifier, switch, power supply, and connected to their electrodes [3] Depending on the level of illumination, the control circuit and polaroids provide a twist-cell transmission variation of 3 50 times.

Недостатком устройства является малая величина пропускания противоослепляющим устройством, находящимся в рабочем состоянии, ближнего света от управляемого в темное время суток транспортного средства. Это происходит вследствие того, что и поляроиды, и прозрачные электроды покрывают всю рабочую площадь ячеек. При яркости светящей поверхности фар встречных автомобилей 10⁶ кд/м² и освещенной дороги на расстоянии 25-50 м 5 • 10³ 2 • 10⁴ кд/м² [4] слабое пропускание устройством ближнего света приводит к тому, что яркость дорожной обстановки перед автомобилем, воспринимаемая глазами водителя, практически не отличается от яркости фона, так как глаза адаптируются на наиболее яркий источник света (фары, фонари и т. п.). Отсутствие информации об обстановке перед автомобилем может привести к аварии.The disadvantage of this device is the small amount of transmittance of the anti-glare device, which is in working condition, of the dipped beam from the vehicle driven at night. This is due to the fact that both polaroids and transparent electrodes cover the entire working area of the cells. When the surface luminous brightness range oncoming cars June ¹⁰ cd / m ² and the illuminated road at a distance of 5 • 25-50 m 2 • March ¹⁰ April ¹⁰ cd / m ² [4] The weak beam transmission device causes the brightness of road conditions in front of the car, perceived by the driver’s eyes, it does not practically differ from the brightness of the background, since the eyes adapt to the brightest light source (headlights, lights, etc.). Lack of information about the situation in front of the car can lead to an accident.

Техническим результатом изобретения является увеличение пропускания противоослепляющим устройством, находящимся в рабочем состоянии, ближнего света от управляемого в темное время суток транспортного средства. The technical result of the invention is to increase the transmittance of the anti-glare device, in working condition, of the passing beam from a vehicle driven at night.

Названный технический результат достигается тем, что в описанном устройстве ширина первого поляризатора или прозрачных электродов составляет 53 60% ширины рабочей части каждой жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки, а главная ось внешнего поляроида направлена перпендикулярно плоскости дорожного покрытия. The named technical result is achieved by the fact that in the described device the width of the first polarizer or transparent electrodes is 53-60% of the width of the working part of each liquid crystal cell, counting from the upper edge of the cell, and the main axis of the external polaroid is directed perpendicular to the plane of the road surface.

В качестве источника питания может использоваться автомобильный блок питания, соединенный со схемой управления пропускания ячеек. An automotive power supply connected to a cell transmission control circuit may be used as a power source.

С целью расширения углового диапазона, в котором происходит ослабление слепящего встречного пучка света, передняя часть оправы с одной или двумя жидкокристаллическими ячейками выносится вперед на расстояние 15 40 мм от зрачков глаз. In order to expand the angular range in which the blinding oncoming light beam is attenuated, the front of the frame with one or two liquid crystal cells is moved forward at a distance of 15 to 40 mm from the pupils of the eyes.

С целью увеличения пропускания ближнего света ширина второго поляроида может быть также уменьшена до 53 60% ширины рабочей части жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки. In order to increase the transmission of the dipped beam, the width of the second polaroid can also be reduced to 53-60% of the width of the working part of the liquid crystal cell, counting from the upper edge of the cell.

На фиг. 1 приведена конструкция противоослепляющего устройства. Цифрами обозначены: 1 оправа, 2 жидкокристаллические (ЖК) ячейки, 3 фотоэлемент, 4 переключатель, 5 соединительные провода, 6 автономный источник питания. На фиг. 2 приведена конструкция ЖК ячейки. Цифрами обозначены: 7 - первое защитное покрытие, 8 первый поляризатор, 9 первая прозрачная пластина, 10 первый прозрачный электрод, 11 первое ориентирующее покрытие, 12 ориентированный по твист-эффекту слой ЖК, 13 задающие толщину элементы, 14 второе ориентирующее покрытие, 15 второй прозрачный электрод, 16 - вторая прозрачная пластина, 17 второй поляризатор, 18 второе защитное прозрачное покрытие, 19 соединительные провода. Фиг. 3 приведена для пояснения расчета ширины первого поляроида или прозрачных электродов по отношению к ширине ячейки. Латинскими буквами обозначены: H высота глаз водителя над дорогой, L расстояние оси глаз водителя до края освещаемой ближним светом поверхности, Г расстояние от зрачка до ЖК-ячейки, l ширина ячейки по вертикали. x ED расстояние от оси, проходящей через глаз водителя и центр ячейки, до нижнего края поляроида или электрода. Относительная ширина поляроида или электрода равна [(0,5g + x)/l]•100%
Устройство работает следующим образом. Оправа одета на голову так, что центры ЖК ячеек находятся перед зрачками. В выключенном состоянии пропускание ячеек определяется электродами или поляроидами и составляет 30 40% При появлении встречной машины с включенными фарами или другого яркого источника света происходит переключение напряжения на ЖК ячейки, если освещенность на фотоэлементе превышает 1,4 2 лк [4, с. 200] Переключение может осуществляться также вручную. Под действием напряжения происходит переключение пропускания ЖК ячейки. В зависимости от ЖК материала, выбора поляроида и т.д. световой поток, попадающий на глаза, ослабляется в 5 15 раз, если угол между направлением движения и встречным пучком света равен нулю, в 8 50 раз, если встречный пучок падает слева под углом 5 30^o. При этом световой поток, рассеянный дорогой перед автомобилем, не ослабляется вследствие отсутствия изменения пропускания твист-ячейки, если в ее нижней части отсутствует поляроид или электрод. Во втором случае (отсутствует электрод) практически нет скачка пропускания ячейки в открытом состоянии: в первом случае (отсутствует поляроид) величина скачка пропускания составляет около 10%
Величина постоянно открытой части ячейки выбирается из следующих соображений. Если считать, что нельзя ослаблять воспринимаемую яркость дороги на расстоянии L 25 м перед автомобилем, то часть DG ячейки не должна ослаблять ее пропускание, в то время как часть FD ячейки закрыта при попадании на фотоэлемент света встречного транспортного средства. Это означает, что на участке DG ячейки должен отсутствовать первый поляроид 8 или прозрачные электроды 10, 15. Второй поляризатор 17 должен покрывать всю рабочую поверхность ячейки во избежание трехкратного скачка всю рабочую поверхность ячейки во избежание трехкратного скачка пропускания при переходе от закрытой к открытой части ячеек, что может вызвать у водителя ощущение дискомфорта. Отношение FD/FG показывает, какая часть ячейки покрыта первым поляризатором или какой части ее внутренних поверхностей нанесены прозрачные электроды. Для ее расчета найдем величину x ED, так как FD/FG (0,5l + x)/l. Из подобия треугольников получает x rH/L. В табл. 1 приведены значения отношений FD/FG для транспортных средств, имеющих наименьшую (легковые автомобили) и наибольшую величину высоты глаз водителя над дорогой (значения H взяты из [3, с. 202] ), а также для минимального и максимального расстояний от зрачка до ЖК ячейки (значение r 1 см соответствует общепринятой оправке очков, значение r 4 см максимально допустимому для описываемого устройства расстоянию до ячеек). При расчете бралось значение L, равное 25 м 2500 см. Ширина ячейки l принималась равной 3 см (для малых r) или 4 см (для больших r).In FIG. 1 shows the design of an anti-glare device. The numbers indicate: 1 frame, 2 liquid crystal (LCD) cells, 3 photocell, 4 switch, 5 connecting wires, 6 autonomous power source. In FIG. 2 shows the design of the LCD cell. The numbers denote: 7 - the first protective coating, 8 the first polarizer, 9 the first transparent plate, 10 the first transparent electrode, 11 the first orienting coating, 12 the twist-effected layer of the LCD, 13 determining the thickness of the elements, 14 the second orienting coating, 15 the second transparent electrode, 16 - second transparent plate, 17 second polarizer, 18 second protective transparent coating, 19 connecting wires. FIG. 3 is provided to explain the calculation of the width of the first polaroid or transparent electrodes with respect to the width of the cell. Latin letters denote: H the height of the driver’s eyes above the road, L is the distance of the axis of the driver’s eyes to the edge of the dipped surface, G is the distance from the pupil to the LCD cell, l is the vertical width of the cell. x ED is the distance from the axis passing through the driver’s eye and the center of the cell to the lower edge of the polaroid or electrode. The relative width of the polaroid or electrode is [(0.5g + x) / l] • 100%
The device operates as follows. The frame is dressed on the head so that the centers of the LCD cells are in front of the pupils. In the off state, the cell transmission is determined by electrodes or polaroids and is 30–40%. When an oncoming car with the headlights on or another bright light source appears, the voltage switches to the LCD cell if the illumination on the photocell exceeds 1.4 2 lux [4, p. 200] Switching can also be done manually. Under the action of voltage, the transmission of the LCD cell is switched. Depending on the LC material, the choice of the polaroid, etc. the light flux entering the eyes is attenuated 5-15 times if the angle between the direction of movement and the oncoming light beam is zero, 8,5 times if the oncoming beam falls on the left at an angle of 5 ^° . In this case, the luminous flux scattered by the road in front of the car is not attenuated due to the absence of a change in the transmission of the twist cell, if there is no polaroid or electrode in its lower part. In the second case (there is no electrode), there is practically no jump in the transmission of the cell in the open state: in the first case (there is no polaroid), the value of the transmission jump is about 10%
The value of the constantly open part of the cell is selected from the following considerations. If we assume that it is impossible to weaken the perceived brightness of the road at a distance of L 25 m in front of the car, then part of the DG cell should not weaken its transmission, while part of the FD cell is closed when the oncoming vehicle gets light on the photocell. This means that the first polaroid 8 or transparent electrodes 10, 15 should not be present in the DG section of the cell , which may cause the driver a feeling of discomfort. The FD / FG ratio shows which part of the cell is coated with the first polarizer or which part of its internal surfaces are coated with transparent electrodes. To calculate it, we find the value x ED, since FD / FG (0.5l + x) / l. From the similarity of triangles, x rH / L is obtained. In the table. 1 shows the values of the FD / FG ratios for vehicles having the smallest (cars) and the largest height of the driver’s eyes above the road (H values taken from [3, p. 202]), as well as for the minimum and maximum distances from the pupil to the LCD cell (the value of r 1 cm corresponds to the generally accepted frame of glasses, the value of r 4 cm is the maximum permissible distance to the cells for the described device). In the calculation, the L value was taken equal to 25 m 2500 cm. The cell width l was taken equal to 3 cm (for small r) or 4 cm (for large r).

В табл. 2 показано, какая часть ячеек обязательно должна содержать первый поляризатор или прозрачные электроды, чтобы свет фар встречного автомобиля, находящихся на высоте h над дорогой, ослаблялся электрооптической ячейкой. Значения h взяты из [4, с. 202] величина расстояния между автомобилями принята равной S 20 м, ширина ячейки принята равной 3 см, расстояние r 1 см. Величина FD/FG вычисляется аналогично предыдущему случаю, где x r(H - h)/S. In the table. Figure 2 shows which part of the cells must necessarily contain the first polarizer or transparent electrodes, so that the light of the oncoming car headlights located at a height h above the road is attenuated by the electro-optical cell. The values of h are taken from [4, p. 202] the distance between the cars is taken to be S 20 m, the cell width is taken to be 3 cm, the distance is r 1 cm. The FD / FG value is calculated similarly to the previous case, where x r (H - h) / S.

Таким образом, происходит ослабление воспринимаемой глазом яркости встречного источника света при сохранении воспринимаемой глазом яркости отраженного от дороги света перед автомобилем до расстояния 25 м, если ширина первого поляризатора или прозрачных электродов составляет 53 60% ширины рабочей части каждой жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки. Главная ось второго поляризатора должна быть направлена вертикально, чтобы не ослаблялся рассеянный дорогой свет. При больших значениях FD/FG уменьшается длина участка дороги, воспринимаемая яркость которого не ослабляется ЖК ячейками. При меньших значениях отношения FD/FG возникает вероятность попадания в глаз не ослабленного ЖК затворами света фар встречных транспортных средств. Thus, the brightness of the oncoming light source perceived by the eye is weakened while the brightness of the light reflected from the road in front of the car perceived by the eye is maintained to a distance of 25 m if the width of the first polarizer or transparent electrodes is 53-60% of the width of the working part of each liquid crystal cell, counting from the top edge of the cell . The main axis of the second polarizer should be directed vertically so that the scattered expensive light is not attenuated. At high FD / FG values, the length of the road section decreases, the perceived brightness of which is not weakened by the LCD cells. At lower values of the FD / FG ratio, it is likely that the headlights of oncoming vehicles are not weakened by the LCD shutters in the eye.

Было изготовлено противоослепляющее устройство, содержащее заключенные в оправу очков ЖК ячейки, соединенные с фотопереключателем и источником питания на 12 В, расположенным на передней части оправы. Каждая ЖК ячейка представляла собой заключенный между стеклянными подложками с прозрачными электродами из окиси индия, нанесенные на внутренние поверхности подложек. Толщина слоя ЖК задавалась тефлоновыми прокладками и составляла 12,6 мкм, ориентация задавалась натиранием пленок поливинилового спирта. С внешней стороны подложек были приклеены пленочные поляроиды на основе соединения иода с защитным покрытием из прозрачного полимерного материала (поливинилацетата). Если освещенность на входном отверстии фотодиода была меньше 2 лк, напряжение на ячейках отсутствовало и их пропускание составляло 35% Если освещенность превышала это значение, происходило переключение напряжения на ЖК ячейках и их пропускание уменьшалось в 10 30 раз при нормальном падении света, в 20 50 раз при угле падения пучка света слева 6 10^o. Пропускание на закрытой поляроидом части ячейки остается на прежнем уровне. На расстоянии r 1 см ячеек от зрачка, ширина области, в которой световой пучок ослаблялся в 20 раз, составила 1^o, на расстоянии r 4 см 22^o, т. е. ЖК ячейка визуально воспринимается более однородной, если она отодвинута от глаз водителя на большее расстояние. Яркость светящихся поверхностей автомобильных фар составляет 10⁶ кд/м², дороги 5 • 10³ 2 • 10⁴ кд/м². При ослаблении пучка света устройством по прототипу в 10 150 раз учитывая уменьшение пропускания за счет поляроидов) воспринимаемая глазом яркость фар равна 6,6 • 10³ 3,3 • 10⁴ кд/м², а поверхности дороги 3,3 • 10¹ 6,7 • 10² кд/м². Отношение яркостей фар и дороги составляет в этом случае 10 10³. При низком уровне освещенности дороги в темное время суток из-за слабого пропускания ближнего света глаз водителя не различает дороги и фон при таком отношении яркостей в течение некоторого времени вследствие аккомодации на меньшую яркость, что ухудшает видимость дороги перед транспортным средством. Применение предлагаемого противоослепляющего устройства позволяет увеличить воспринимаемую глазом яркость дороги до 1,7 • 10³ 6,7 • 10³ кд/м². Отношение яркостей фар и дороги перед автомобилем составляет в этом случае 1 20. Аккомодация на меньшую яркость или не требуется, или происходит за более короткое время. Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет увеличить пропускание ближнего света в 10 50 раз и согласовать освещенность глаз водителя от фар встречного транспортного средства и дороги перед управляемым водителем транспортным средством, что улучшает видимость дорожной обстановки перед транспортным средством в условиях вождения в темное время суток.An anti-dazzling device was made, containing LCD cells enclosed in a spectacle frame connected to a photo switch and a 12 V power supply located on the front of the frame. Each LC cell was enclosed between glass substrates with transparent indium oxide electrodes deposited on the inner surfaces of the substrates. The thickness of the LC layer was set by Teflon gaskets and amounted to 12.6 μm, the orientation was set by rubbing films of polyvinyl alcohol. On the outside of the substrates, film polaroids were bonded based on the connection of iodine with a protective coating of a transparent polymeric material (polyvinyl acetate). If the illumination at the inlet of the photodiode was less than 2 lux, there was no voltage on the cells and their transmission was 35%. If the illumination exceeded this value, the voltage on the LCD cells switched and their transmission decreased 10 30 times with normal light incidence, 20 50 times when the angle of incidence of the light beam on the left is 6 10 ^o . The transmission at the part of the cell closed by the polaroid remains at the same level. At a distance of r 1 cm of cells from the pupil, the width of the region in which the light beam was attenuated by a factor of 20 was 1 ^o , at a distance of r 4 cm 22 ^o , i.e., the LC cell is visually more uniform if it is moved away from the driver’s eyes to a greater distance. The brightness of the luminous surfaces is automobile headlights June ¹⁰ cd / m ^2, the road 5 • 2 • March ¹⁰ April ¹⁰ cd / m ^2. When the light beam is weakened by the device of the prototype 10 150 times, taking into account the decrease in transmission due to polaroids), the headlight brightness perceived by the eye is 6.6 • 10 ³ 3.3 • 10 ⁴ cd / m ² , and the road surface is 3.3 • 10 ¹ 6 7 • February ¹⁰ cd / m ^2. The ratio of the brightness of the headlights and the road in this case is 10 10 ³ . With a low level of illumination of the road in the dark, due to the low light transmission, the driver’s eyes do not distinguish between the roads and the background with this brightness ratio for some time due to accommodation at a lower brightness, which impairs the visibility of the road in front of the vehicle. The use of the proposed anti-glare device allows to increase the brightness of the road perceived by the eye to 1.7 • 10 ³ 6.7 • 10 ³ cd / m ² . The ratio of the brightness of the headlights and the road in front of the car is in this case 1 20. Accommodation at a lower brightness is either not required or occurs in a shorter time. Thus, the use of the proposed device allows to increase the passing light by 10 50 times and coordinate the illumination of the driver’s eyes from the headlights of the oncoming vehicle and the road in front of the vehicle controlled by the driver, which improves the visibility of the traffic situation in front of the vehicle in dark driving conditions.

Источники информации
1. Заявка Японии N 3-163 413 (1991), G 02 C 7/10 Patent Abstracts, field P.U. 15, N 406, p. 15
2. Заявка ФРГ 2543198, G 02 C 7/10
3. Заявка Японии N 3-153 210 (1991), G 02 C 7/10, patent Abstracts, field Р.U. 15, N 302, p. 154.Sources of information
1. Japanese application N 3-163 413 (1991), G 02 C 7/10 Patent Abstracts, field PU 15, N 406, p. 15
2. The application of Germany 2543198, G 02 C 7/10
3. Japanese application N 3-153 210 (1991), G 02 C 7/10, patent Abstracts, field P.U. 15, N 302, p. 154.

4. К.М. Левитин. Эффективность освещения и световой сигнализации автотранспортных средст. М. Энергоатомиздат. 1991, 240 с. 4. K.M. Levitin. Efficiency of lighting and light signaling of motor vehicles M. Energoatomizdat. 1991, 240 p.

Claims

1. An anti-glare device consisting of one or two rimmed liquid crystal cells, which are the first protective transparent coating, the first polarizer, the first transparent plate, the first transparent electrode, the first orienting coating, oriented according to the twist effect, sequentially arranged with respect to the eyes of the observer a liquid crystal layer with elements fixing its thickness, a second orienting coating, a second transparent electrode, a second transparent plate, a second polarization an analyzer, a second transparent protective coating, as well as from a cell transmission control circuit containing a photocell, amplifier, switch, power supply, and connected to the cell electrodes, characterized in that the width of the first polarizer or transparent electrodes is 53-60% of the working width parts of each liquid crystal cell, counting from the top edge of the cell.

2. The device according to claim 1, characterized in that an automobile power supply connected to a cell transmission control circuit is used as a power source.

3. The device according to claim 1, characterized in that the width of the second polarizer is 53-60% of the width of the working part of each liquid crystal cell, counting from the upper edge of the cell.