WO2008148240A1 - Aufhellende lichtschutzvorrichtung - Google Patents

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WO2008148240A1
WO2008148240A1 PCT/CH2008/000255 CH2008000255W WO2008148240A1 WO 2008148240 A1 WO2008148240 A1 WO 2008148240A1 CH 2008000255 W CH2008000255 W CH 2008000255W WO 2008148240 A1 WO2008148240 A1 WO 2008148240A1
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WO
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light
protection glass
liquid crystal
eye protection
crystal cell
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PCT/CH2008/000255
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English (en)
French (fr)
Inventor
René Werthmüller
Livio Ghisleni
Original Assignee
Werthmueller Rene
Livio Ghisleni
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/10—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
    • G02C7/101—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses having an electro-optical light valve
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/02—Goggles
    • A61F9/022—Use of special optical filters, e.g. multiple layers, filters for protection against laser light or light from nuclear explosions, screens with different filter properties on different parts of the screen; Rotating slit-discs
    • A61F9/023—Use of special optical filters, e.g. multiple layers, filters for protection against laser light or light from nuclear explosions, screens with different filter properties on different parts of the screen; Rotating slit-discs with variable transmission, e.g. photochromic
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/13306—Circuit arrangements or driving methods for the control of single liquid crystal cells
    • G02F1/13318—Circuits comprising a photodetector
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2360/00—Aspects of the architecture of display systems
    • G09G2360/14—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors
    • G09G2360/144—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light being ambient light

Definitions

  • the present invention relates to a brightening light protection device according to the preamble of claim 1.
  • the human eye can adjust to different levels of brightness. If there is too much light, the pupil contracts and reduces the glare. However, this is only to a certain extent: If the environment is too bright, the eye is blinded and can no longer recognize anything. The glare can be reduced by a glare protection, such as sunglasses with a sufficiently high light color.
  • the dimming function works on this principle. If such a glare shield is exposed to bright light, the liquid crystal cell is activated, i. energized and the glare shield assumes its darkened state. If this glare protection is no longer exposed to the glaring light, the liquid crystal cell is switched off and the glare protection falls into its transparent resting state.
  • liquid crystal cells are that they can not be operated with DC voltage, so as not to be temporary or
  • Liquid crystal cells must be operated with AC voltage for reliability and stability reasons. This has the consequence that the liquid crystal cell must undergo a voltage-free state when changing the voltage polarity and thus the glare protection is interrupted or restricted for a brief moment, ie briefly breaks from its darkening state into its transparent or brightened state.
  • this alternating frequency must be very accurate and stable, and be tuned in such a way that, as far as possible, no disturbing interference with the frequency of the room lighting occurs. Such a glare shield can thus at regular intervals in the short term, an increased light radiation happen.
  • the darkened glare shield should lighten as quickly as possible, and then later darken again when leaving the tunnel, the glare shield used in the darkened state (bright lighting conditions) not should flicker and should use as little or no power.
  • this object is achieved with a brightening light protection device having the features of the main claim 1 and the electro-optical parts thereof are operated in particular such that it is operated completely de-energized in the state of low light transmittance - ie in the darkened state, and only in the state high light transmission - so in the brightened state - makes an operating current required.
  • Completely de-energized also means that no alternating frequency is applied and thus no flicker and no other optical disturbance occurs.
  • the light protection device according to the invention is therefore operated inversely in comparison with conventional anti-glare devices.
  • a preferred embodiment of the brightening light protection device has a switch, with which the device can be switched on manually or automatically, if this is intended to be worn and can be turned off when it is stored.
  • the liquid crystal cell is provided with an alternative energy source, i. with a solar cell instead of a conventional battery operated.
  • Sunglasses, ski goggles, snow and glacier glasses, diving or aviator glasses and other eye or face protection devices can be installed.
  • the light protection device according to the invention can be carried on the head, guided by hand, be part of a helmet or part of a protective wall or protective glazing, as used for example in the automotive industry or in foundries for the observation of automated welding stations.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of a sunscreen device
  • FIG. 2 shows a cross section through an eye protection glass together with schematic diagram of an associated control electronics.
  • Fig. 3 shows the transmission behavior of a conventionally operated electro-optical anti-glare device
  • FIG. 4 shows the transmission behavior of an electro-optical light protection device operated according to the invention
  • FIG. Fig. 5 is a circuit diagram for the control of the liquid crystal cell
  • Fig. 6 is a representation of the individual signals for the inventive control of the liquid crystal cell of the light protection device.
  • Fig. 1 shows a light protection device 1 in the form of a pair of glasses, which comprises a frame 2 and two eye protection glasses 3, 3 ', and a light sensor 7 and an electronic control unit 8 with power supply (not shown).
  • the term eye protection glass is to be understood in the following any type and any structure of viewing windows to protect the eyes. In the following, the structure of a preferred eye protection glass 3 will be explained in more detail by way of example.
  • the eye protection glass 3 comprises a first polarizing filter 4, a liquid crystal cell 5 and a second polarizing filter 6, which is rotated relative to the first polarizing filter 4 by 90 °.
  • a light sensor 7, a power supply and an electronic unit (not shown) for controlling the liquid crystal cell 5 are provided in the frame 2, a light sensor 7, a power supply and an electronic unit (not shown) for controlling the liquid crystal cell 5 are provided. It is understood that in preferred embodiments of the present invention, a switch between the power supply and the control electronics can be provided.
  • the power supply may be in the form
  • the light sensor 7 During operation of this light protection device, the light sensor 7 generates a first control signal, which is supplied to the control electronics 8.
  • This control electronics 8 generates a second control signal dependent thereon, which is applied to the liquid cell 5 in order to control the transmission of the eye protection glass 3.
  • the control electronics 8 With sufficient light, the control electronics 8 generates no or a very low application voltage V in order to deactivate the liquid crystal cell 5.
  • the eye protection glass 3 is designed such that at rest (in a bright environment) a low transmittance T is present, i. the eye protection glass 3 is darkened. At low incidence of light (dark environment), the control electronics 8 generates and activates an increased application voltage V across the liquid crystal cell 5, i. increases the transmittance T of the eye protection glasses 3.
  • Fig. 2 shows the scheme of a light protection device 1, comprising an eye protection glass 3 (shown in cross section), an electronic control unit 8 and a light sensor 7.
  • a power supply (not shown) consists in conventional way from a 3V battery or from a rechargeable aku. It is understood that a photocell may be used to charge the aku.
  • the eye protection glass 3 in this embodiment comprises a first polarizing filter 4 and a second polarizing filter 6, which is rotated relative to the first polarizing filter 4 by 90 °.
  • the two polarization filters have a controlled error angle of 0-40 °.
  • a liquid crystal cell 5 arranged between these polarization filters 4, 6 is enclosed by spacers 9 and is controlled by the control electronics 8.
  • the light protection arrangement 1 is operated as follows: If the light sensor 7 detects light with an intensity below a predetermined threshold value (dark environment), the light sensor 7 generates a control signal which is supplied to the control electronics 8.
  • the electronic control unit 8 activates the liquid crystal cell 5 in this situation, ie it builds up a voltage V across a first electrode 10 and a second electrode 11.
  • Ambient light which has been linearly polarized by the first polarization filter 4 is rotated by 90 °, for example, during passage through the liquid crystal cell 5 and then impinges on the second polarization filter 6, which is also rotated by 90 ° relative to the first polarization filter 4, for example.
  • the eye protection glass for the penetrating through the liquid crystal cell 5 light is permeable, resp. the eye protection glass 3 becomes transparent.
  • the light transmittance or the transmittance T of the light protection device 1 according to the invention is proportional to the voltage applied to the liquid crystal cell 5 according to the invention and can be described by the following formula:
  • a corresponds to the minimum transmittance through the eye protection glass 3;
  • x is a proportionality factor, which depends on the liquid crystal cell used;
  • V corresponds to the voltage applied to the liquid crystal cell 5.
  • the control electronics 8 minimizes the voltage across the liquid crystal cell 5.
  • the first polarizing filter 4 polarized light passes the off Liquid crystal cell 5, without being rotated by the same, and impinges on the second polarizing filter 6, which is rotated relative to the polarizing filter 4 by, for example, 90 ° and thus substantially blocks the incident light.
  • the eye protection glass 3 is dark in this de-energized state.
  • Fig. 3 shows the transmission behavior of a conventionally connected electro-optical anti-glare device in the darkened and brightened state.
  • the electro-optical anti-dazzle device In a bright environment, the electro-optical anti-dazzle device is darkened, i. the liquid crystal cell 5 is activated and is under voltage. Because of the required AC voltage occur in this connected in a conventional manner electro-optical
  • the liquid crystal cell 5 becomes passive, i. operated essentially without power.
  • the electro-optical anti-glare device is translucent in the deactivated state.
  • FIG. 4 shows the transmission behavior of a light protection device 1 operated according to the invention in a darkened and brightened state.
  • the liquid crystal cell 5 In a dark environment, i. in low ambient light, the liquid crystal cell 5 is activated and is under tension. The transmittance of the light is maximized at these ratios, i. the sunscreen device 1 is lightened as much as possible.
  • the control electronics 8 turns off the liquid crystal cell 5 and the transmittance is minimal or equal to the factor a. In darkness, the liquid crystal cell 5 is activated. The interruptions generated by the AC operation of the activated liquid crystal cell 5 generate at regular intervals
  • FIG. 5 and 6 make the structure and operation of the control electronics of the invention light protection device clearly.
  • the photodiode When the light changes from dark to bright, the photodiode generates a first brightness-dependent control signal A, which is supplied to a threshold value switch S.
  • This threshold S generates a control signal B, which is supplied to an oscillator O.
  • the power supply of the individual electronic components Z, S, O and F guaranteed by a DC power source U B with the output voltage UDC.
  • the light protection device has a solar cell, which is used in particular for feeding a rechargeable Aku's.
  • the eye protection glass can have additional filter elements for protection against IR and UV rays, that with eye-optical corrections, in particular with magnification effect, or with additional coatings and / or colorations, in particular for effective scratch protection and / or color corrections can be provided.
  • the eye protection glass comprises means which reduce a directional transmission.
  • the transmittance T is in the activated, brightened state in the range of 20 - 40%, which corresponds to that of a light-tinted sunglasses, with which even in a car tunnel may be driven.
  • the transmittance T in the deactivated state is in the range of 5 - 10%, which corresponds to that of a very dark sunglasses, with which driving is no longer permitted.
  • the power supply is not switched off in the deactivated state, but is applied to the liquid crystal cell, a voltage which is directly below a threshold voltage V 0 and typically in the range of 0.5 - 1V is located.
  • the light protection device according to the invention has a switch with which it can be switched on and off manually or automatically.

Abstract

Lichtschutzvorrichtung (1) und Betrieb derselben mit mindestens einem aktiven Augenschutzglas (3), mit mindestens einem Lichtsensor (7) und mit einer Steuerelektronik (8), welche von einer Stromversorgung gespeist wird. Die Steuerelektronik (8) steuert die Transmission (T) des Augenschutzglases (3) derart, dass bei heller Umgebung das Augenschutzglas (3) ohne oder nur mir geringem Stromverbrauch und grundsätzlich flimmerfrei verdunkelt ist, während dieses bei dunkler Umgebung mit angelegter Spannung aufgehellt ist.

Description

Aufhellende Lichtschutzvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aufhellende Lichtschutzvorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
Von Natur aus kann sich das menschliche Auge auf unterschiedliche Helligkeiten einstellen. Bei zu viel Lichteinstrahlung zieht sich dessen Pupille zusammen und reduziert so die Blendung. Dies geht jedoch nur bis zu einem gewissen Grad: Ist die Umgebung zu hell, wird das Auge geblendet und kann nichts mehr erkennen. Die Blendung lässt sich durch einen Blendschutz, wie beispielsweise eine Sonnenbrille mit einer genügend hohen Lichttönung, senken.
Bei grellen und rasch wechselnden Lichtverhältnissen, also beispielsweise beim Schweissen, ist ein aktiver, d.h. elektro-optischer Blendschutz erforderlich. Für einen aktiven Blendschutz eignen sich Flüssigkristallzellen in besonderer Weise. Blendschutz- Vorrichtungen mit grossflächigen Flüssigkristallzellen sind bekannt. US 4'279'474 offenbart einen elektro- optischen Blendschutz mit Gläsern, welche im Wesentlichen aus je zwei Polarisationsfiltern und einer dazwischen liegenden Flüssigkristallzelle bestehen. Die Flüssigkristallzelle wird zwischen zwei Zuständen geschaltet: Wenn ein Lichtsensor Licht detektiert, dessen Intensität über einem bestimmten Schwellenwert liegt, so wird die Flüssigkristallzelle eingeschaltet und dunkelt das einfallende Licht um einen vorgegebenen Faktor ab. Sinkt die Lichtintensität unter den vorgegebenen Schwellenwert, so schaltet der Lichtsensor die Flüssigkristallzelle wieder aus und die Flüssigkristallzelle ist wieder transparent. Bei sämtlichen bekannten, mit Flüssigkristallzellen ausgerüsteten elektro-optischen Blendschutzvorrichtungen funktioniert die Abblendfunktion nach diesem Prinzip. Wird ein solcher Blendschutz grellem Licht ausgesetzt, so wird die Flüssigkristallzelle aktiviert, d.h. unter Spannung gesetzt und der Blendschutz nimmt seinen verdunkelten Zustand an. Wird dieser Blendschutz dem grellen Licht nicht mehr ausgesetzt, wird die Flüssigkristallzelle ausgeschaltet und der Blendschutz fällt in seinen transparenten Ruhezustand.
Nachteilig bei der Verwendung von Flüssigkristallzellen ist, dass diese nicht mit Gleichspannung betrieben werden können, um nicht temporär oder
Begtätigungskopϊe irreversibel beschädigt zu werden. Flüssigkristallzellen müssen aus Zuverlässigkeits- und Stabilitätsgründen mit Wechselspannung betrieben werden. Dies hat zur Folge, dass die Flüssigkristallzelle beim Wechseln der Spannungspolarität einen spannungslosen Zustand durchlaufen muss und damit der Blendschutz für einen kurzen Moment unterbrochen oder eingeschränkt wird, d.h. von seinem verdunkelnden Zustand kurzfristig in seinen transparenten oder aufgehellten Zustand einbricht. Ausserdem muss diese Wechselfrequenz sehr genau und stabil sein, und derart abgestimmt sein, dass möglichst keine störenden Interferenz mit der Frequenz der Raumbeleuchtung auftreten. Ein solcher Blendschutz lässt also in regelmässigen Abständen kurzfristig eine erhöhte Lichtstrahlung passieren. Der Benutzer eines solchen Blendschutzes ist also, je nach Wechseifrequenz, regelmässigen Lichtblitzen oder einem konstanten Flimmern ausgesetzt. Bei relativ tiefen Wechselfrequenzen, also Frequenzen kleiner als 50 Hz werden diese Unterbrechungen des Lichtschutzes vom menschlichen Auge mühelos wahrgenommen und als äusserst störend empfunden. Bei höheren Wechselfrequenzen nimmt der Benutzer diese Unterbrechungen nur noch als Flimmern wahr. Bei längerfristiger Benutzung eines solchen Blendschutzes treten dabei in der Regel Kopfschmerzen, Schwindelgefühle und/oder andere Nebenwirkungen auf.
Bei den bisher bekannten, mit Flüssigkristallzellen ausgerüsteten Blendschutz- Vorrichtungen kann dieses Flimmern nicht vollständig unterdrückt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das menschliche Auge ab einer gewissen Wechselfrequenz das Flimmern kaum mehr wahrnimmt. Aus diesem Grund wird in US β'501'443 eine elektro-optische Blendschutzvorrichtung mit einer Wechselfrequenz von mindestens 200 Hz vorgeschlagen. Bei flimmernden Lichtverhältnissen und beim Betrachten punktförmiger Lichtquellen ist mit einem derartigen Blendschutz eine akzeptable Sicht möglich. Ein solcher Blendschutz eignet sich auch für das Elektroschweissen, wenn die Schaltfrequenz der Flüssigkristallzelle mit der Frequenz des Lichtbogens des Schweissgerätes richtig abgestimmt ist.
Verwendet man einen derartigen Blendschutz jedoch in einem relativ ruhigen Blickfeld, also beispielsweise in einer hellen Berg- oder Wüstenlandschaft oder einem von der Sonne beschienenen Schneefeld, so erweist sich ein auch noch so schwaches Flimmern des Blendschutzes als unangenehm und störend. Eine derartige Sonnenbrille ist beispielsweise aus der US 5'608'567 bekannt. Zudem treten die bereits erwähnten Nebenwirkungen weiterhin auf. Darüber hinaus erweist sich der hohe Stromverbrauch dieser Blendschutzvorrichtungen beim längeren Einsatz als besonders nachteilig. Der hohe Stromverbrauch derartiger Blendschutzvorrichtungen verbietet die Verwendung im täglichen Leben und insbesondere bei längerfristiger Verwendung, wie bspw. beim Auto-, Motorrad- oder Skifahren, beim Pilotieren eines Flugzeugs.
Fährt man beispielsweise mit einem Fahrzeug aus einer von der Sonne beschienenen Landschaft in ein Tunnel, so soll sich der abgedunkelte Blendschutz möglichst rasch aufhellen, um dann später beim Verlassen des Tunnels rasch wieder abzudunkeln, wobei der verwendete Blendschutz im verdunkelten Zustand (grelle Lichtverhältnisse) nicht flimmern sollte und möglichst wenig oder gar keinen Strom verbrauchen sollte.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektro-optische Lichtschutzvorrichtung zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist und die insbesondere bei grellen Lichtverhältnissen flackerfrei und stromarm, resp. stromlos arbeitet.
Die Lösung dieser Aufgabe ist überraschend einfach. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer aufhellenden Lichtschutzvorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Hauptanspruchs 1 aufweist und die elektro-optischen Teile derselben insbesondere derart betrieben werden, dass diese im Zustand niedriger Lichtdurchlässigkeit - also im abgedunkelten Zustand - vollständig stromlos betrieben wird, und nur im Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit - also im aufgehellten Zustand - einen Betriebsstrom erforderlich macht. Vollständig stromlos heisst also auch, dass keine Wechselfrequenz angelegt ist und damit kein Flimmern und keine andere optische Störung auftritt. Die erfindungsgemässe Lichtschutzvorrichtung wird also im Vergleich zu herkömmlichen Blendschutzvorrichtungen umgekehrt betrieben.
Das hat den Vorteil, dass der Benutzer der erfindungsgemässen Lichtschutzvorrichtung grundsätzlich bei grellen Umgebungsverhältnissen keinen Lichtblitzen und keinem Flimmern mehr ausgesetzt ist und bei längerfristigem Einsatz der Stromverbrauch minimiert ist. Eine bevorzugte Anwendungsform der aufhellenden Lichtschutzvorrichtung weist einen Schalter auf, mit welchem die Vorrichtung manuell oder automatisch eingeschaltet werden kann, wenn diese bestimmungsgemäss getragen werden soll und ausgeschaltet werden kann, wenn diese abgelegt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkristallzelle mit einer alternativen Energiequelle, d.h. mit einer Solarzelle statt mit einer herkömmlichen Batterie, betrieben.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemässe Lichtschutzvorrichtung in alle Arten von Brillen, wie beispielsweise
Sonnenbrillen, Skibrillen, Schnee- und Gletscherbrillen, Taucher- oder Fliegerbrillen und andere Augen- oder Gesichtsschutzvorrichtungen eingebaut werden kann. Die erfindungsgemässe Lichtschutzvorrichtung kann auf dem Kopf getragen, von Hand geführt, Teil eines Helmes oder Teil einer Schutzwand oder einer Schutzverglasung sein, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie oder in Giessereien für die Beobachtung von automatisierten Schweissstationen, verwendet werden.
Die oben genannte Lichtschutzvorrichtung, die Vorteile und besonderen Eigenschaften der Erfindung sollen im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft erläutert werden oder gehen offensichtlich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hervor.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine bevorzugte Anwendungsform einer Lichtschutzvorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Augenschutzglas samt schematischem Schaltbild einer dazugehörigen Steuerelektronik;
Fig. 3 das Transmissionsverhalten einer in herkömmlicher Weise betriebenen elektro-optischen Blendschutzvorrichtung;
Fig. 4 das Transmissionsverhalten einer erfindungsgemäss betriebenen elektro-optischen Lichtschutzvorrichtung; Fig. 5 ein Schaltbild für die Steuerung der Flüssigkristallzelle;
Fig. 6 eine Darstellung der einzelnen Signale für die erfindungsgemässe Steuerung der Flüssigkristallzelle der Lichtschutzvorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Lichtschutzvorrichtung 1 in Form einer Brille, welche einen Rahmen 2 und zwei Augenschutzgläsem 3, 3' umfasst, sowie einen Lichtsensor 7 und eine Steuerelektronik 8 mit Stromversorgung (nicht dargestellt). Unter dem Begriff Augenschutzglas soll im Folgenden jede Art und jedweder Aufbau von Sichtfenstern zum Schutz der Augen verstanden werden. Im Folgenden soll der Aufbau eines bevorzugten Augenschutzglases 3 beispielhaft näher erläutert werden. Das Augenschutzglas 3 umfasst einen ersten Polarisationsfilter 4, eine Flüssigkristallzelle 5 und einen zweiten Polarisationsfilter 6, welcher gegenüber dem ersten Polarisationsfilter 4 um 90° gedreht ist. Im Rahmen 2 ist ein Lichtsensor 7, eine Stromversorgung und eine Elektronik (ale nicht dargestellt) zur Steuerung der Flüssigkristallzelle 5 vorgesehen. Es versteht sich, dass in bevorzugten Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ein Schalter zwischen der Stromversorgung und der Steuerelektronik vorgesehen sein kann. Die Stromversorgung kann in Form herkömmlicher Batterien oder in Form von Solarzellen vorliegen.
Beim Betrieb dieser Lichtschutzvorrichtung erzeugt der Lichtsensor 7 ein erstes Steuersignal, welches der Steuerelektronik 8 zugeführt wird. Diese Steuerelektronik 8 erzeugt ein davon abhängiges zweites Steuersignal, welches an der Flüssigkeitszelle 5 angelegt wird, um die Transmission des Augenschutzglases 3 zu steuern. Bei genügendem Lichteinfall erzeugt die Steuerelektronik 8 keine oder eine sehr niedrige Anlegespannung V, um die Flüssigkristallzelle 5 zu deaktivieren. Das Augenschutzglas 3 ist derart ausgelegt, dass im Ruhezustand (bei heller Umgebung) ein tiefer Transmissionsgrad T vorliegt, d.h. das Augenschutzglas 3 verdunkelt ist. Bei geringem Lichteinfall (dunkler Umgebung) erzeugt die Steuerelektronik 8 eine erhöhte Anlegespannung V an der Flüssigkristallzelle 5 und aktiviert diese, d.h. erhöht den Transmissionsgrad T der Augenschutzgläser 3.
Fig. 2 zeigt des Schema einer Lichtschutzvorrichtung 1, umfassend ein Augenschutzglas 3 (im Querschnitt dargestellt), eine Steuerelektronik 8 und einen Lichtsensor 7. Eine Stromversorgung (nicht dargestellt) besteht in konventioneller Weise aus einer 3V-Batterie oder aus einem aufladbaren Aku. Es versteht sich, dass zum Aufladen des Aku eine Fotozelle verwendet werden kann. Das Augenschutzglas 3 umfasst in dieser Ausführungsform einen ersten Polarisationsfilter 4 und einen zweiten Polarisationsfilter 6, welcher gegenüber dem ersten Polarisationsfilter 4 um 90° gedreht ist. In einer besonderen Ausführungsform weisen die beiden Polarisationsfilter demgegenüber einen kontrollierten Fehlwinkel von 0 - 40° auf. Eine zwischen diesen Polarisationsfiltern 4, 6 angeordnete Flüssigkristallzelle 5 wird von Abstandshaltern 9 umschlossen und wird von der Steuerelektronik 8 gesteuert. Dabei wird die Lichtschutzanordnung 1 erfindungsgemäss wie folgt betrieben: Detektiert der Lichtsensor 7 Licht mit einer Intensität unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes (dunkle Umgebung), so erzeugt der Lichtsensor 7 ein Steuersignal, welches der Steuerelektronik 8 zugeführt wird. Die Steuerelektronik 8 aktiviert in dieser Situation die Flüssigkristallzelle 5, d.h. baut über einer ersten Elektrode 10 und einer zweiten Elektrode 11 eine Spannung V auf. Umgebungslicht, welches vom ersten Polarisationsfilter 4 linear polarisiert wurde, wird beim Durchgang durch die Flüssigkristallzelle 5 um beispielsweise 90° gedreht und trifft nun auf den zweiten Polarisationsfilter 6, welcher ebenfalls gegenüber dem ersten Polarisationsfilter 4 um diese beispielsweise 90° gedreht ist. Damit wird das Augenschutzglas für das durch die Flüssigkristallzelle 5 dringende Licht durchlässig, resp. wird das Augenschutzglas 3 transparent. Die Lichtdurchlässigkeit bzw. der Transmissionsgrad T der erfindungsgemässen Lichtschutzvorrichtung 1 ist erfindungsgemäss proportional zu der an der Flüssigkristallzelle 5 angelegten Spannung und kann mit folgender Formel beschrieben werden:
T ≡ a + xΛ/
a: entspricht dem minimalen Transmissionsgrad durch das Augenschutzglas 3; x: ist ein Proportionalitätsfaktor, welcher von der verwendeten Flüssigkristallzelle abhängt; V: entspricht der an die Flüssigkristallzelle 5 angelegten Spannung.
Detektiert der Lichtsensor 7 Licht mit einer Intensität oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes (helle Umgebung), so minimiert die Steuerelektronik 8 die Spannung über der Flüssigkristallzelle 5. Durch den ersten Polarisationsfilter 4 polarisiertes Licht passiert die ausgeschaltete Flüssigkristallzelle 5, ohne von derselben gedreht zu werden, und trifft auf den zweiten Polarisationsfilter 6, welcher gegenüber dem Polarisationsfilter 4 um beispielsweise 90° gedreht ist und damit das einfallende Licht im Wesentlichen blockiert. Das Augenschutzglas 3 ist in diesem stromlosen Zustand dunkel.
Fig. 3 zeigt das Transmissionsverhalten einer herkömmlich geschalteten elektro-optischen Blendschutzvorrichtung in abgedunkeltem und in aufgehelltem Zustand. Bei heller Umgebung ist die elektro-optische Blendschutzvorrichtung abgedunkelt, d.h. ist die Flüssigkristallzelle 5 aktiviert und steht unter Spannung. Wegen der erforderlichen Wechselspannung treten bei dieser in herkömmlicher Weise geschalteten elektro-optischen
Blendschutzvorrichtung periodische Unterbrechungen 13 auf, welche als Lichtblitze oder Flimmern wahrgenommen werden. Bei dunkler Umgebung, d.h. bei wenig Umgebungslicht wird die Flüssigkristallzelle 5 passiv, d.h. im Wesentlichen stromlos betrieben. Die elektro-optische Blendschutzvorrichtung ist im deaktivierten Zustand lichtdurchlässig.
Fig. 4 zeigt das Transmissionsverhalten einer erfindungsgemäss betriebenen Lichtschutzvorrichtung 1 in abgedunkeltem und aufgehelltem Zustand. Bei dunkler Umgebung, d.h. bei wenig Umgebungslicht ist die Flüssigkristallzelle 5 aktiviert und steht unter Spannung. Der Transmissionsgrad des Lichtes ist bei diesen Verhältnissen maximiert, d.h. die Lichtschutzvorrichtung 1 ist soweit wie möglich aufgehellt. Bei heller Umgebung schaltet die Steuerelektronik 8 die Flüssigkristallzelle 5 aus und der Transmissionsgrad ist minimal bzw. entspricht dem Faktor a. Bei Dunkelheit ist die Flüssigkristallzelle 5 aktiviert. Die durch den Wechselstrombetrieb der aktivierten Flüssigkristallzelle 5 erzeugten Unterbrechungen erzeugen in regelmässigen Abständen
Verdunkelungsmomente 15, wie sie auch bei jedem Lidschlag auftreten. Solche Verdunkelungsmomente 15 führen beim Benutzer zu keinerlei Beeinträchtigung oder Nebenwirkung.
Figuren 5 und 6 machen den Aufbau und Funktionsweise der Steuerelektronik der erfindungsgemässe Lichtschutzvorrichtung deutlich. Eine Fotozelle Z
(Photodiode) erzeugt bei Lichtwechsel von dunkel nach hell ein erstes von der Helligkeit abhängiges Steuersignal A, welches einem Schwellwertschalter S zugeführt wird. Dieser Schwellwertschalter S generiert ein Steuersignal B, welches einem Oszillator O zugeführt wird. Dieser unterbricht die Erzeugung von Schwingungssignalen C, welche sonst einer Flip-Flop-Schaltung F zugeführt werden, um die Flüssigkristallzelle (LCD) mit geeigneten Wechselspannungssignalen D1 und D2 zu versorgen. Durch diese Unterbrechung liegen an der Flüssigkristallzelle keine oder keine genügend starken Spannungsimpulse an und bleibt diese in ihrem Ruhezustand (dunkel). Die Stromversorgung der einzelnen elektronischen Bauteile Z, S, O und F von einer Gleichstromquelle UB mit der Ausgangsspannung UDC gewährleistet.
Es versteht sich, dass anstelle des oben beschriebenen Augenschutzglases 3 auch andersartige Flüssigkristallanordnungen verwendet werden können, insbesondere solche mit cholesterischen Flüssigkristallen, bei denen auf die Polarisatioren verzichtet werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemässen Lichtschutzvorrichtung weist eine Solarzelle auf, welche insbesondere für das Speisen eines aufladbaren Aku's verwendet wird. Es versteht sich, dass das Augenschutzglas zusätzliche Filterelemente für den Schutz gegen IR- und UV-Strahlen aufweisen kann, dass dieses mit augenoptischen Korrekturen, insbesondere mit Vergrösserungseffekt, oder mit zusätzlichen Beschichtungen und/oder Einfärbungen, insbesondere für einen wirksamen Kratzschutz und/oder Farbkorrekturen versehen sein kann. Insbesondere umfasst das Augenschutzglas Mittel, welche eine richtungsabhängige Transmission vermindern. Vorzugsweise liegt der Transmissionsgrad T im aktivierten, aufgehellten Zustand im Bereich von 20 - 40%, was demjenigen einer leichtgetönten Sonnenbrille entspricht, mit welcher auch noch in einem Autotunnel gefahren werden darf. Der Transmissionsgrad T im deaktivierten Zustand liegt im Bereich von 5 - 10%, was demjenigen einer sehr dunklen Sonnenbrille entspricht, mit welcher das Autofahren nicht mehr gestattet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist im deaktivierten Zustand die Stromversorgung nicht ausgeschaltet, sondern liegt an der Flüssigkristallzelle eine Spannung an, welche direkt unterhalb einer Schwellwertspannung V0 liegt und typischerweise im Bereich von 0.5 - 1V liegt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemässe Lichtschutzvorrichtung einen Schalter auf, mit welchem diese manuell oder automatisch ein- und ausschaltbar ist. Die Vorteile der erfindungsgemäss betriebenen Lichtschutzvorrichtung sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und insbesondere in der Benutzerfreundlichkeit und in der Stromverbrauchsarmut zu sehen.

Claims

Patentansprüche:
1. Betrieb einer elektro-optischen Lichtschutzvorrichtung (1), insbesondere Sonnenschutz, mit mindestens einem elektro-optischen Augenschutzglas (3), welches mindestens eine Flüssigkristallzelle (5) umfasst, mit mindestens einem Lichtsensor (7), welcher in Abhängigkeit des Lichteinfalls ein Steuersignal erzeugt, mit einer Steuerelektronik (8) und einer Stromversorgung (nicht dargestellt), wobei die Steuerelektronik (8) den Transmissionsgrad (T) des elektro-optischen Augenschutzglases (3) nach folgender Formel steuert: T = a + X'V wobei a dem minimalen Transmissionsgrad des Augenschutzglases (3) entspricht, wobei x ein Proportionalitätsfaktor ist und V der an der Flüssigkristallzelle (5) des Augenschutzglases (3) angelegten Wechselspannung entspricht, womit a) bei Lichteinfall unterhalb eines vorgegebenen Licht-Schwellenwertes (dunkle Umgebung) das
Augenschutzglas (3) aktiviert wird, d.h. mit Hilfe der an der Flüssigkristallzelle (5) angelegten Wechselspannung (V) der Transmissionsgrad (T) des elektro-optischen Augenschutzglases (3) auf einen Wert von über 15% erhöht wird (aufgehellter Zustand) und b) bei Lichteinfall oberhalb eines vorgegebenen Licht-Schwellenwertes (helle
Umgebung) das Augenschutzglas (3) deaktiviert wird, d.h. eine Spannung (V), vorzugsweise Null, bei welcher das Augenschutzglas (3) einen Transmissionsgrad (T) von weniger als 15% aufweist (verdunkelter Zustand), an der Flüssigkristallzelle (5) des Augenschutzglases (3) angelegt wird.
2. Lichtschutzvorrichtung (1), welche für den Betrieb gemäss Anspruch 1 geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Augenschutzglas (3) im aktivierten Zustand aufgehellt ist und im deaktivierten Zustand verdunkelt ist.
3. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen ersten Polarisationsfilter (4) und einen zweiten Polarisationsfilter (6) mit einer dazwischen liegenden Flüssigkristallzelle (5) umfasst.
4. Lichtschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese über einen Schalter manuell oder automatisch ein- und ausschaltbar ist.
5. Lichtschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung eine Solarzelle aufweist.
6. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Augenschutzglas (3) zusätzliche Filterelemente für den Schutz gegen IR- und UV-Strahlen aufweist.
7. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Augenschutzglas (3) augenoptische Korrekturen aufweist.
8. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Augenschutzglas (3) mit zusätzlichen Beschichtungen und/oder Einfärbungen, insbesondere mit einem Kratzschutz und/oder mit Farbkorrekturen, versehen ist.
9. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Augenschutzglas (3) Mittel umfasst, welche eine richtungsabhängige Transmission vermindern.
10. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad (T) im aktivierten, aufgehellten Zustand im Bereich von 20 - 40% liegt, was demjenigen einer leichtgetönten
Sonnenbrille entspricht, mit welcher auch noch in einem Autotunnel gefahren werden darf.
11. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Transmissionsgrad (T) im deaktivierten Zustand im Bereich von 5 - 10% liegt, was demjenigen einer sehr dunklen Sonnenbrille entspricht, mit welcher das Autofahren nicht mehr gestattet ist.
12. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im deaktivierten Zustand die Stromversorgung nicht ausgeschaltet ist, sondern an der Flüssigkristallzelle (5) eine Spannung anliegt, welche direkt unterhalb einer Schwellwertspannung V0 liegt und typischerweise im Bereich von 0.5 - 1V liegt.
13. Lichtschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Polarisator aufweist, welcher mit einem kontrollierten Fehlwinkel von 0 - 40° eingesetzt ist.
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