WO2012103657A1 - Elektrooptische blendschutzvorrichtung mit planlinsen - Google Patents

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WO2012103657A1
WO2012103657A1 PCT/CH2011/000303 CH2011000303W WO2012103657A1 WO 2012103657 A1 WO2012103657 A1 WO 2012103657A1 CH 2011000303 W CH2011000303 W CH 2011000303W WO 2012103657 A1 WO2012103657 A1 WO 2012103657A1
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glare device
electro
control circuit
liquid crystal
optical
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PCT/CH2011/000303
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René Werthmüller
Livio Ghisleni
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Eyerex Ag
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/01—Function characteristic transmissive

Definitions

  • Electro-optic anti-glare device with plano lenses Electro-optic anti-glare device with plano lenses
  • the present invention relates to an electro-optical glare protection device in the form of spectacles, a visor, a mask or a helmet according to the preamble of claim 1.
  • Such anti-glare devices in particular sunglasses, have a liquid crystal cell (LCD), whose transparency (opacity or transmittance) by means of a suitable electronic control - as disclosed, for example, in US-6'501'443 or EP-2'156'241 - can be changed.
  • LCD liquid crystal cell
  • the structure of such sunglasses and the liquid crystal cells used for this purpose is well known and, for example, in the
  • thermoformed lens systems and deformed thin-film systems have mechanical stresses which are unacceptable for their ophthalmic use, and especially in the context of electro-optical sunglasses.
  • all these manufacturing methods require extremely precise and expensive devices, which lead to undesirably high production costs.
  • we would like to point out sen that liquid crystals when applying an electrical voltage not only align their dipolar molecules, but also their optical density, respectively. their refractive index, change.
  • the longer-term operation of curved liquid crystal cells always leads to irreversible impairment of the optical properties due to the molecular segregation occurring.
  • WO-2008/148240 is in its entirety part of the present description and will therefore not be further explained. This mode of operation has the advantage that the user is not exposed to flicker effects in harsh environmental conditions and the power consumption can be reduced in the case of long-term use.
  • an electro-optical anti-glare device with a curved To provide viewing window which does not have the disadvantages of the known electro-optical anti-glare devices, ie no reflections, no ophthalmic defects generated, even with long-term use has stable optical properties and can be produced in a simple manner, ie industrial and inexpensive.
  • any form of ophthalmic optics should be understood, in particular spectacle lenses, helmet, mask or visor for vision protection or as visual aids.
  • this anti-glare device should be as user-friendly as possible, ie
  • the anti-glare device which has the features of claim 1.
  • the anti-glare device according to the invention is designed in the form of spectacles, a visor, a mask or a helmet and comprises at least one viewing window curved at least on one side.
  • This lens is multi-layered and has at least one plane-parallel liquid crystal cell. On this plane-parallel liquid crystal cell, a plane lens is applied at least on one side in order to form a viewing window with a curved surface.
  • the liquid crystal cell can be connected on both sides with curved planar lenses, in particular with spherical, aspherical, toric, cylindrical, convex or concave plan lenses, to form a neutral lens or ophthalmic lens and especially also a multifocal or progressive lens.
  • curved planar lenses in particular with spherical, aspherical, toric, cylindrical, convex or concave plan lenses, to form a neutral lens or ophthalmic lens and especially also a multifocal or progressive lens.
  • at least the plane-parallel liquid crystal cell is prefabricated with an outer contour corresponding to the inner contour of a socket or a holder.
  • the visor constructed according to the invention may also comprise at least one polarizing film and / or at least one color filter and / or at least one further liquid crystal cell, for example for changing the coloration and / or for displaying data and information, and / or at least one transparent photocell.
  • the lens also includes a Fresnel lens. It is understood that the individual optical elements of the viewing window can be made of different materials, in particular of glass or plastic.
  • a plane-parallel liquid crystal cell a conventional liquid crystal cell can be used as well as a modern guest-host cell or similar-acting liquid crystal cells.
  • the inventive anti-glare device whose electronic control circuit for changing the transmittance of the lens and / or the switch for activating resp.
  • Deactivating the electronic control circuit and / or a controller for controlling the electronic control circuit at least partially in a version of the anti-glare device, in particular in a spectacle frame and / or in a holder for the anti-glare device, in particular in at least one temple, integrated.
  • this controller is manually, automatically, sensor-controlled and / or wireless actuated.
  • further electrical functions for example the regulation of the detector sensitivity and / or optical functions, for example the regulation of the coloring or 3D functions of the viewing windows, can be regulated.
  • this switch is coupled via a switching electronics with an electronic detection device for determining a mode "worn", or “unworn” coupled to the anti-glare device.
  • This electronic detector device comprises at least one detector (not shown) for determining a physiological value of a body zone of a carrier, wherein the switching electronics is designed such that the electronic control circuit of the anti-glare device is switched on, if the mode "worn” and the electronic control circuit the anti-glare device can be switched off if the mode "ungetra- Thus, the inventive anti-glare device can be switched on or off in a controlled manner.
  • the value determined by the electronic detector device may be a physical value exerted on the detector by the body zone of the wearer, such as pressure, tension, torsion, or the heat or moisture emitted by the body zone.
  • the value determined by the electronic detector device is noncontact, i. Inductive, capacitive, acoustic or optical, determined physical value, such as. A caused by the body zone at the detector changes the electromagnetic field or the spatial position to the body zone of the wearer or an acoustic (voice-controlled) or an optical (infrared) signal a Remote control.
  • the value determined by the electronic detector device is a chemical value, such as a chemical change caused by the body zone at the detector.
  • the anti-glare device In a development of the anti-glare device according to the invention, the latter is designed in such a way that the electronic control circuit is "unworn" in the mode detected in a current-reduced, stand-by or de-energized operating state.
  • the electronic control circuit is designed for a "normally-black" operation, as described in detail in WO-2008/1 8240, and in particular has the at least one viewing window in the deactivated state has a transmittance in the range of 5 - 10% or less, and has a transmittance in the range of 20 - 40% or more when activated.
  • the electronic control circuit includes a flip-flop circuit with which the polarity of the operating voltage applied to the liquid crystal cell (LCD) can be changed at least when changing the detected mode.
  • LCD liquid crystal cell
  • the term "liquid crystal cell” here means all forms of liquid be understood crystal cells, in particular with active or passive matrix, for example, TN, STN, DSTN or TSTN cells.
  • the switching electronics are coupled to at least one additional electronic device, such as a hearing aid, a radio, a music player, a radiotelephone, a museum guide or audio guide.
  • the advantages of the viewing windows constructed in accordance with the invention are readily apparent to the person skilled in the art and can be seen in particular in the simple production method and the simple adaptability of the production process to individual embodiments.
  • the contour of the viewing glass already in the production of liquid crystal cells in advance and easily adapted to the shape and size of glasses or can in the production of plano lenses their ophthalmic correction (normal, short, farsightedness, strabismus, astigmatism, etc .) can be easily calculated and varied.
  • this anti-glare device With the present anti-glare device, ophthalmic defects such as occur with curved liquid crystal cells can be prevented in a surprisingly simple manner and have stable optical properties even in the case of long-term use.
  • this anti-glare device can be produced industrially and inexpensively.
  • this antiglare device can be operated in a power-saving and flicker-free manner and turns out to be user-friendly, ie. Minimized power consumption can be ensured by having the anti-glare device switched on or off in a controlled manner.
  • the anti-glare device according to the invention is used in all types of protective goggles or protective helmets, in particular sunglasses, ski goggles, snow and glacier glasses, cyclist or driver's goggles, racing car and motorcycle helmets, diving or aviator goggles, laboratory goggles and in all other ophthalmic devices can be.
  • protective goggles or protective helmets in particular sunglasses, ski goggles, snow and glacier glasses, cyclist or driver's goggles, racing car and motorcycle helmets, diving or aviator goggles, laboratory goggles and in all other ophthalmic devices can be.
  • FIG. 1 shows a spatial representation of a pair of sunglasses of a known type with a planar spectacle lens construction
  • Fig. 2 is a schematic representation of a cross-section through a curved sunglasses spectacle assembly of known type
  • 3a, b a schematic representation of a cross section through a viewing window according to the invention as a neutral lens
  • 5a, b a schematic representation of a cross section through a viewing window according to the invention as a negative lens; a schematic diagram of the transmission behavior of a preferred embodiment of the inventive anti-glare device; a schematic diagram of the control circuit of the fiction, contemporary anti-glare device.
  • the illustrated in Fig. 1 electro-optical sunglasses (1 1) known type has plane lenses (12), each having a arranged between two plane-parallel glasses liquid crystal cell and are held in a spectacle frame (13).
  • a photodetector (14) is electronically connected to a control circuit (15) for this liquid crystal cell.
  • On the spectacle frame (13) mounted photocells (16) provide this control circuit (15) with the necessary energy.
  • the control circuit (15) can be set manually.
  • a part of the control circuit (15) and / or the power supply can also be accommodated in the eyeglass temples (19).
  • the sunglass lens assembly (21) shown in Fig. 2 shows a curved liquid crystal cell (22) disposed between different optical layers.
  • an incident light beam (23) first passes through a polarizing film (24), an electrically conductive substrate (25) and a filter layer (26) before it passes through the liquid crystal cell (22).
  • the transmitted light beam (27) has a higher or lower light intensity.
  • the inventive viewing window in the form of a neutral lens (31) shown in FIG. 3a comprises a liquid crystal cell (32), which is arranged between two symmetrical plano-convex lenses (33, 34).
  • the viewing window shown in FIG. 3b shows a neutral lens (35) with a liquid crystal cell (36), which is arranged between two symmetrical plano-concave lenses (37, 38).
  • FIG. 4a shows a viewing window formed as a positive lens (41) which has two plano-convex lenses (42, 43) with unequal radii of curvature. According to the invention, these plan lenses (42, 43) are applied flat on a liquid crystal cell (44).
  • FIG. 4b of a lens designed as a positive lens (45) shows a plano-concave lens (46) and a plano-convex lens (47) with unequal radii of curvature, which are flatly mounted on a liquid crystal cell (48).
  • 5a comprises a plano-convex lens (52) and a plano-concave lens (53) with unequal radii of curvature, which are fastened flat on a plane-parallel liquid crystal cell (54).
  • the lens assembly in the form of a negative lens (55) shown in FIG. 5b comprises two plano-concave lenses (56, 57) with unequal radii of curvature which are connected in a planar manner to a plane-parallel liquid crystal cell.
  • the diagram shown in FIG. 6 shows the transmission behavior of an antiglare device operated according to the invention in a darkened and brightened state.
  • the liquid crystal cell (LCD) In a dark environment, ie with little ambient light, the liquid crystal cell (LCD) is activated and energized. The transmittance of the light is maximum at these ratios, ie the anti-glare device is brightened as much as possible.
  • the control electronics In a bright environment, the control electronics switch off the liquid crystal cell (LCD) and the transmittance is minimal. In darkness, the liquid crystal cell (LCD) is thus activated.
  • the interruptions generated by the AC operation of the activated liquid crystal cell (LCD) generate at regular intervals obscuring moments 61, as they also occur with each blink. Such obscuring moments 61 are familiar to the user and do not lead to any impairment or side effect.
  • FIG. 7 shows the mode of functioning of the anti-glare device according to the invention and in particular of the control electronics 75 with the wear switch 78.
  • a photocell Z photodiode
  • This threshold S generates a control signal B, which is supplied to an oscillator O.
  • Threshold signal generated which causes the liquid crystal cell (LCD) is activated and the lens brightens again.
  • the switch 77 is coupled to a support switch 78, which links the switch 77 via a switching electronics 73 with a detector device 74.
  • the electronic detector device 74 detects whether the anti-glare device is worn by the user as intended, or has been pushed aside or put aside by the user. In this case, this detector device generates control signals for determining a mode "worn", or "unworn”.
  • This detector device 74 comprises at least one detector (not shown) for determining a physiological value of a body zone of a wearer.
  • the value determined by the electronic detector device 74 may be a physical value exerted on the detector (not shown) by the wearer's body zone, such as pressure, tension, torsion, or the heat or moisture emitted by the body zone.
  • the value determined by the electronic detector device 74 can also be a non-contact, ie, inductively, capacitively, acoustically or optically determined physical value, such as a change in the electromagnetic field caused by the body zone at the detector or the spatial position to the body zone of the wearer or an acoustic (voice-controlled) or optical (infrared) signal from a remote control.
  • the value determined by the electronic detector device 74 may be a chemical value, such as a chemical change caused by the body zone at the detector.
  • a chemical value such as a chemical change caused by the body zone at the detector.
  • the switching electronics 73 is designed such that the electronic control circuit 75 of the anti-glare device is switched on when the mode is "worn” and the electronic control circuit 75 of the anti-glare device can be switched off when the mode is "unworn”. This is controllable on or off.
  • the electronic control circuit 75 is designed in such a way that, in the detected mode, it is "unworn” in a current-reduced, stand-by or de-energized operating state. It is understood that the electronic control circuit 75 is preferably designed for a "normally black" operation and in particular the at least one viewing window in the deactivated state has a transmittance in the range of 5 - 15% or less and in the activated state a transmittance in the range of 15-40% or more.
  • the electronic control circuit 75 comprises a flip-flop circuit F with which the polarity of the the liquid crystal cell LCD operating voltage is changeable at least when changing the mode.
  • the contour of the spectacle lens can already be adapted in advance and in a simple manner to a standardized spectacle shape and size during the production of the liquid crystal cells, or its ophthalmic correction can be calculated and varied in a simple manner during the production of the plan lens.
  • additional circuits 71 and / or control circuits 76 a wide variety of applications can be implemented in a simple manner, for example.
  • Other electrical functions eg. The control of Detektor basic- speed and / or optical functions, eg.
  • inventive anti-glare device can also be equipped with a hearing aid, a radio, a music player, a radio, a museum guide or audioguide.
  • inventive lenses are suitable for industrial production and at the same time allow easy adaptation to individual needs.

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Abstract

Elektrooptische Blendschutzvorrichtung mit einer Flüssigkristallzelle (LCD) und einer elektronischen Steuerschaltung (75) für die Steuerung derselben, wobei eine planparallele Flüssigkristallzelle (LCD) mindestens einseitig mit einer Planlinse (33, 34, 37, 38, 42, 43, 46, 47, 52, 53, 56, 57) flächig verbunden ist, um eine Neutrallinse (31, 35) oder ophthalmische Linse (41, 45, 51, 55) und insbesondere um eine Multifokal- oder Gleitsichtlinse zu bilden. Diese elektro¬ optische Blendschutzvorrichtung wird vorzugsweise im "normally-black"-Modus betrieben und weist einen Trageschalter (78) auf, welcher detektiert, ob diese Blendschutzvorrichtung getragen wird oder ob diese beiseite geschoben oder beiseite gelegt ist.

Description

Elektooptische Blendschutzvorrichtung mit Planlinsen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrooptische Blendschutzvorrichtung in Form einer Brille, eines Visiers, einer Maske oder eines Helms gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Derartige Blendschutzvorrichtungen, insbesondere Sonnenbrillen, weisen eine Flüssigkristallzelle (LCD) auf, deren Lichtdurchlässigkeit (Opazität oder Transmissionsgrad) mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Steuerung - wie bspw. in der US-6'501 '443 oder der EP-2'156'241 offenbart - verändert werden kann. Der Aufbau solcher Sonnenbrillen und der für die dazu verwendeten Flüssigkristallzellen ist hinlänglich bekannt und beispielsweise in der
US-4'968'127 oder US-5'654'786 beschrieben. Leider erweisen sich die planen Gläser dieser Sonnenbrillen als ästhetisch äusserst unbefriedigend und sind wegen deren Spiegeleffekten und starken Reflexen unerwünscht.
In den Patentschriften US-4'279'474, US-5'067'795 oder WO2009/108753 werden deshalb elektrooptische Sonnenbrillen beschrieben, bei welchen die verwendeten Flüssigkristallzellen leicht gewölbt sind. Leider erweist sich die Her- Stellung derartig aufgebauter Brillengläser als äusserst aufwendig und entsprechend kostenintensiv. So wird beispielsweise in der WO-9'41 1 '779 die Herstellung mehrlagiger, gewölbter Brillengläserstrukturen aus vorgeformten Trägerelementen, transparenten Kunststofffolien, elektrisch leitenden Beschichtun- gen, Klebschichten und Beabstandungsschichten (spacer) für die Bildung einer Kavität, welche mit einem geeigneten Flüssigkristallmaterial gefüllt und versiegelt wird, beschrieben. Bei einem anderen Verfahren für die Herstellung derartiger Brillengläser werden thermoplastische Elemente verwendet und wird der gesamte Schichtenstapel warmverformt, wie dies beispielsweise aus der EP-1 '428'063 bekannt ist. Diese thermoplastisch verformten Linsensysteme und Systemen mit verformten dünnen Schichten weisen in aller Regel mechanische Spannungen auf, welche für deren ophthalmische Verwendung und insbesondere im Zusammenhang mit elektrooptischen Sonnenbrillen, inakzeptabel sind. Darüber hinaus erfordern all diese Herstellungsverfahren äusserst präzise und aufwändige Vorrichtungen, welche zu unerwünscht hohen Herstel- lungskosten führen. Der Vollständigkeit halber sei hier noch darauf hingewie- sen, dass Flüssigkristalle bei Anlegen einer elektrischen Spannung nicht nur ihre dipolaren Moleküle ausrichten, sondern auch ihre optische Dichte, resp. ihren Brechungsindex, ändern. Darüber hinaus führt auch der längerfristige Betrieb von gekrümmten Flüssigkristallzellen aufgrund der dabei auftretenden molekularen Entmischung immer zu irreversiblen Beeinträchtigungen der optischen Eigenschaften.
Wegen des relativ hohen Stromverbrauchs dieser elektrooptischen Blendschutzvorrichtungen ist in der WO-2008/148240 auch schon vorgeschlagen worden, diese Blendschutzvorrichtungen für den Alltag und für besondere Anwendungen im sogenannten„normally-black" Verfahren zu betreiben. Dabei wird die Blendschutzvorrichtung derart betrieben, dass diese im abgedunkelten Zustand stromlos, stromreduziert oder stromsparend, d.h. mit minimalem Strom (,,stand-by"-Strom) vorliegt resp. betrieben wird und nur im aufgehellten Zu- stand ein Betriebsstrom erforderlich ist. Der Inhalt des Dokuments
WO-2008/148240 ist in seinem vollen Umfang Bestandteil der vorliegenden Beschreibung und wird deshalb nicht weiter erläutert. Diese Betriebsweise hat den Vorteil, dass der Benutzer bei grellen Umgebungsverhältnissen keinen Flimmereffekten ausgesetzt ist und bei längerfristigem Einsatz der Strom- verbrauch reduzierbar ist.
Leider zeigt sich, dass bei der Benutzung dieser elektrooptischen Blendschutzvorrichtungen deren Ein-/Aus-Schalter von den hier angesprochenen, mode- bewussten Anwendern nicht immer betätigt wird und die Blendschutzvorrich- tung oft in dunkler Umgebung im stromverbrauchenden, aufgehellten Zustand liegen gelassen wird. Dies führt nicht nur zu einem unerwünscht hohen Stromverbrauch, sondern bei den LCDs auch zu störenden Langzeiteffekten. LCDs müssen aus physikalischen Gründen im Wechselstrom betrieben werden. Es besteht deshalb das Bedürfnis nach einer elektrooptischen Blendschutzvorrichtung, dessen Erscheinungsbild in einfacher Weise gestaltbar ist und welche insbesondere für die Verwendung im Alltag geeignet ist.
Mit Blick auf den Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrooptische Blendschutzvorrichtung mit einer gekrümmten Sichtscheibe zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten elektrooptischen Blendschutzvorrichtungen nicht aufweist, d.h. keine Spiegelreflexe zeigt, keine ophthalmische Fehler erzeugt, auch bei längerfristiger Verwendung stabile optische Eigenschaften aufweist und sich in einfacher Weise, d.h. industriell und kostengünstig, herstellen lässt. Hier soll unter Sichtscheibe jede Form von ophthalmischer Optik verstanden werden, insbesondere Brillengläser, Helm-, Masken- oder Visierscheiben für den Sehschutz oder als Sehhilfen. Insbesondere soll diese Blendschutzvorrichtung möglichst benutzerfreundlich, d.h.
stromsparend und flimmerfrei sein und einen minimierten Stromverbrauch si- cherstellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine elektrooptische Blendschutzvorrichtung gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Insbesondere ist die erfindungsgemässe Blendschutzvorrichtung in Form einer Brille, eines Visiers, einer Maske oder eines Helms ausgebildet und umfasst mindestens eine wenigstens einseitig gekrümmte Sichtscheibe. Diese Sichtscheibe ist mehrschichtig aufgebaut und weist mindestens eine planparallele Flüssigkristallzelle auf. Auf dieser planparallelen Flüssigkristallzelle ist mindestens einseitig eine Planlinse flächig aufgebracht, um eine Sichtscheibe mit ei- ner gekrümmten Oberfläche zu bilden. Es versteht sich, dass die Flüssigkristallzelle beidseitig mit gekrümmten Planlinsen flächig verbunden sein kann, insbesondere mit sphärischen, asphärischen, torischen, zylindrischen, konvexen oder konkaven Planlinsen, um eine Neutrallinse oder ophthalmische Linse und speziell auch um eine Multifokal- oder Gleitsichtlinse zu bilden. Vorzugs- weise ist mindestens die planparallele Flüssigkristallzelle mit einer der Innenkontur einer Fassung oder einer Halterung entsprechenden Aussenkontur vorgefertigt.
In einer Weiterbildung der mehrschichtig aufgebauten Sichtscheibe sind je nach Anwendung und Kundenbedürfnis zusätzliche optische Elemente vorgesehen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäss aufgebaute Sichtscheibe auch mindestens eine Polarisationsfolie und/oder mindestens einen Farbfilter und/oder mindestens eine weitere Flüssigkristallzelle - bspw. zur Veränderung der Farbgebung und/oder zur Anzeige von Daten und Informationen - und/oder mindestens eine transparente Fotozelle resp. photovoltaische Schicht und/oder mindestens eine reflexarme und/oder kratzfeste Beschichtung aufweisen. In einer besonderen Ausführungsform umfasst die Sichtscheibe auch eine Fres- nellinse. Es versteht sich, dass die einzelnen optischen Elemente der Sichtscheibe aus unterschiedlichem Material, insbesondere aus Glas oder Kunst- stoff hergestellt sein können. Als planparallele Flüssigkristallzelle kann eine konventionelle Flüssigkristallzelle ebenso verwendet werden, wie eine moderne Guest-Host-Zelle oder ähnlich wirkende Flüssigkristallzellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Blendschutz- Vorrichtung ist deren elektronische Steuerschaltung zur Veränderung des Transmissionsgrades der Sichtscheibe und/oder der Schalter zum Aktivieren resp. Deaktivieren der elektronischen Steuerschaltung und/oder ein Regler für die Regelung der elektronischen Steuerschaltung, mindestens teilweise in einer Fassung der Blendschutzvorrichtung, insbesondere in einer Brillenfassung und/oder in einer Halterung für die Blendschutzvorrichtung, insbesondere in mindestens einem Brillenbügel, integriert. Es versteht sich, dass dieser Regler manuell, selbsttätig, sensorgesteuert und/oder drahtlos betätigbar ist. Mit einer dazugehörigen Zusatz- und/oder Regelschaltung können weitere elektrische Funktionen, bspw. die Regelung der Detektorempfindlichkeit und/oder optische Funktionen, bspw. die Regelung der Farbgebung oder 3D-Funktionen der Sichtscheiben, geregelt werden.
Um für die Benutzerfreundlichkeit einen minimierten Stromverbrauch sicherzustellen, ist in einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemässen Blend- Schutzvorrichtung deren Schalter zum Aktivieren resp. Deaktivieren der elektronischen Steuerschaltung mit einem Trageschalter - wie bspw. in der
FR-2'915'815 beschrieben - gekoppelt, d.h. ist dieser Schalter über eine Schaltelektronik mit einer elektronischen Detektorvorrichtung zur Bestimmung eines Modus„getragen", resp.„ungetragen" der Blendschutzvorrichtung ge- koppelt. Diese elektronische Detektorvorrichtung umfasst mindestens einen Detektor (nicht dargestellt) zur Ermittlung eines physiologischen Wertes einer Körperzone eines Trägers, wobei die Schaltelektronik derart ausgelegt ist, dass die elektronische Steuerschaltung der Blendschutzvorrichtung einschaltbar ist, wenn der Modus„getragen" vorliegt und die elektronische Steuerschal- tung der Blendschutzvorrichtung ausschaltbar ist, wenn der Modus„ungetra- gen" vorliegt. Damit ist der erfindungsgemässe Blendschutz kontrolliert ein- oder ausschaltbar.
Der von der elektronischen Detektorvorrichtung ermittelte Wert kann ein von der Körperzone des Trägers auf den Detektor ausgeübter physikalischer Wert sein, wie bspw. Druck, Zug, Torsion oder die von der Körperzone abgegebene Wärme oder Feuchtigkeit. In einer anderen Ausführungsform dieses Trageschalters ist der von der elektronischen Detektorvorrichtung ermittelte Wert ein berührungslos, d.h. induktiv, kapazitiv, akustisch oder optisch, ermittelter phy- sikalischen Wert, wie bspw. eine von der Körperzone am Detektor verursachte Veränderungen des elektromagnetischen Feldes oder die räumliche Lage zur Körperzone des Trägers oder ein akustisches (sprachgesteuertes) oder ein optisches (Infrarot) Signal einer Fernbedienung. In einer anderen Ausführungsform ist der von der elektronischen Detektorvorrichtung ermittelte Wert ein chemischer Wert, wie bspw. eine von der Körperzone am Detektor verursachte chemische Veränderung.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung ist diese derart ausgelegt, dass die elektronische Steuerschaltung bei detektiertem Modus„ungetragen" in einem stromreduzierten, in einem„stand-by" oder in einem stromlosen Betriebszustand vorliegt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der elektrooptische Blendschutzvorrichtung ist die elektronische Steuerschaltung für einen„normally-black"-Betrieb ausge- legt, wie dies in der hier eingeschlossenen WO-2008/1 8240 ausführlich beschrieben ist, und weist insbesondere die mindestens eine Sichtscheibe im deaktivierten Zustand einen Transmissionsgrad im Bereich von 5 - 10% oder weniger auf und weist diese im aktivierten Zustand einen Transmissionsgrad im Bereich von 20 - 40% oder mehr auf.
Für die langfristige Stabilität der elektrooptischen Blendschutzvorrichtung um- fasst die elektronische Steuerschaltung eine Flipflopschaltung, mit welcher die Polarität der an der Flüssigkristallzelle (LCD) angelegten Betriebsspannung mindestens beim Ändern des detektierten Modus wechselbar ist. Es versteht sich, dass hier unter dem Begriff„Flüssigkristallzelle" alle Formen von Flüssig- kristallzellen verstanden werden, insbesondere mit aktiver oder passiver Matrix, bspw. TN-, STN-, DSTN- oder TSTN-Zellen.
In einer erweiterten Ausführung der erfindungsgemässen Blendschutzvorrich- tung ist die Schaltelektronik mit mindestens einer elektronischen Zusatzvorrichtung, wie bspw. mit einer Hörhilfe, einem Radio, einem Musikplayer, einem Sprechfunk, einem Museumsführer oder Audioguide, gekoppelt.
Die Vorteile der erfindungsgemäss aufgebauten Sichtscheiben sind dem Fach- mann unmittelbar ersichtlich und insbesondere in der einfachen Herstellungsweise und der simplen Anpassbarkeit des Herstellungsprozesses an individuelle Ausführungsformen zu sehen. So kann beispielsweise die Kontur des Sichtglases bereits bei der Herstellung der Flüssigkristallzellen vorab und in einfacher Weise an die Brillenform und -grosse angepasst werden oder kann bei der Herstellung der Planlinsen deren ophthalmische Korrektur (Normal-, Kurz-, Weitsichtigkeit, Schielen, Astigmatismus, etc.) in einfacher Weise berechnet und variiert werden.
Mit der vorliegenden Blendschutzvorrichtung lassen sich ophthalmische Fehler, wie sie bei gekrümmten Flüssigkristallzellen auftreten, in überraschend einfacher Weise verhindern und weist diese auch bei längerfristiger Verwendung stabile optische Eigenschaften auf. Darüber hinaus lässt sich diese Blendschutzvorrichtung industriell und kostengünstig herstellen. Insbesondere ist diese Blendschutzvorrichtung stromsparend und flimmerfrei betreibbar und er- weist sich als benutzerfreundlich, d.h. kann ein minimierter Stromverbrauch sichergestellt werden, indem sich die Blendschutzvorrichtung kontrolliert ein- oder ausschalten lässt.
Es versteht sich, dass die erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung in allen Arten von Schutzbrillen oder Schutzhelmen, insbesondere Sonnenbrillen, also Skibrillen, Schnee- und Gletscherbrillen, Radfahrer- oder Autofahrerbrillen, Autorennfahrer- und Motorradfahrerhelmen, Taucher- oder Fliegerbrillen, Laborschutzbrillen und in allen anderen ophthalmischen Vorrichtungen verwendet werden kann. Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine räumliche Darstellung einer Sonnenbrille bekannter Art mit einem planen Brillengläseraufbau; Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen gekrümmten Sonnenbrillengäseraufbau bekannter Art;
Fig. 3a, b: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfin- dungsgemässe Sichtscheibe als Neutrallinse;
Fig. 4a, b: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfin- dungsgemässe Sichtscheibe als Positivlinse;
Fig. 5a, b: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfin- dungsgemässe Sichtscheibe als Negativlinse; ein schematisches Diagramm zum Transmissionsverhalten einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung; ein schematisches Schaltbild zur Steuerschaltung der erfindungs gemässen Blendschutzvorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrooptische Sonnenbrille (1 1 ) bekannter Art weist plane Brillengläser (12) auf, welche je eine zwischen zwei planparallelen Gläsern angeordnete Flüssigkristallzelle aufweisen und in einer Brillenfassung (13) gehalten werden. Ein Fotodetektor (14) ist mit einer Steuerschaltung (15) für diese Flüssigkristallzelle elektronisch verbunden. An der Brillenfassung (13) angebrachte Fotozellen (16) versorgen diese Steuerschaltung (15) mit der nötigen Energie. Mit Hilfe eines Schalters (17) und eines Reglers (18) lässt sich die Steuerschaltung (15) manuell einstellen. Je nach Design lässt sich ein Teil der Steuerschaltung (15) und/oder der Stromversorgung auch in den Brillenbügeln (19) unterbringen. Demgegenüber zeigt der in Fig. 2 dargestellte Sonnenbrillenglasaufbau (21 ) eine gekrümmte Flüssigkristallzelle (22), welche zwischen verschiedenen optischen Schichten angeordnet ist. Dabei durchläuft ein einfallender Lichtstrahl (23) zuerst einen polarisierenden Film (24), ein elektrisch leitendes Substrat (25) und eine Filterschicht (26) bevor es die Flüssigkristallzelle (22) passiert. Je nach angelegter Spannung weist der hindurchgetretene Lichtstrahl (27) eine höhere oder geringere Lichtstärke auf. Die in Fig. 3a dargestellte erfindungsgemässe Sichtscheibe in Form einer Neutrallinse (31 ) umfasst eine Flüssigkristallzelle (32), welche zwischen zwei symmetrischen Plankonvexlinsen (33, 34) angeordnet ist. Demgegenüber zeigt die in Fig. 3b dargestellte Sichtscheibe eine Neutrallinse (35) mit einer Flüssigkristallzelle (36), welche zwischen zwei symmetrischen Plankonkavlinsen (37, 38) angeordnet ist.
Der in Fig. 4a dargestellte Aufbau zeigt eine als Positivlinse (41 ) ausgebildete Sichtscheibe, welche zwei Plankonvexlinsen (42, 43) mit ungleichen Krümmungsradien aufweist. Erfindungsgemäss sind diese Planlinsen (42, 43) flächig auf einer Flüssigkristallzelle (44) aufgebracht. Der in Fig. 4b dargestellte Aufbau einer als Positivlinse (45) ausgebildeten Sichtscheibe zeigt eine Plankonkavlinse (46) und eine Plankonvexlinse (47) mit ungleichen Krümmungsradien, welche flächig auf einer Flüssigkristallzelle (48) angebracht sind. Der in der Fig. 5a gezeigte Sichtscheibenaufbau in Form einer Negativlinse (51 ) umfasst eine Plankonvexlinse (52) und eine Plankonkavlinse (53) mit ungleichen Krümmungsradien, welche flächig auf eine planparallele Flüssigkristallzelle (54) befestigt. Der in der Fig. 5b gezeigte Sichtscheibenaufbau in Form einer Negativlinse (55) umfasst zwei Plankonkavlinsen (56, 57) mit un- gleichen Krümmungsradien, welche flächig mit einer planparallelen Flüssigkristallzelle verbunden sind.
Das in Fig. 6 dargestellte Diagramm zeigt das Transmissionsverhalten einer erfindungsgemäss betriebenen Blendschutzvorrichtung in abgedunkeltem und in aufgehelltem Zustand. Bei dunkler Umgebung, d.h. bei wenig Umgebungs- licht ist die Flüssigkristallzelle (LCD) aktiviert und steht unter Spannung. Der Transmissionsgrad des Lichtes ist bei diesen Verhältnissen maximal, d.h. die Blendschutzvorrichtung ist soweit wie möglich aufgehellt. Bei heller Umgebung schaltet die Steuerelektronik die Flüssigkristallzelle (LCD) aus und der Trans- missionsgrad ist minimal. Bei Dunkelheit ist die Flüssigkristallzelle (LCD) also aktiviert. Die durch den Wechselstrombetrieb der aktivierten Flüssigkristallzelle (LCD) erzeugten Unterbrechungen erzeugen in regelmässigen Abständen Verdunkelungsmomente 61 , wie sie auch bei jedem Lidschlag auftreten. Solche Verdunkelungsmomente 61 sind dem Benutzer vertraut und führen zu keinerlei Beeinträchtigung oder Nebenwirkung.
Figur 7 macht die Funktionsweise der erfindungsgemässen Blendschutzvorrichtung und insbesondere der Steuerelektronik 75 mit Trageschalter 78 deutlich. In bekannter weise erzeugt eine Fotozelle Z (Photodiode) bei Lichtwechsel des Umgebungslichtes von dunkel nach hell ein erstes von der Helligkeit abhängi- ges 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 starke Spannungsimpulse an und fällt diese in ihren Ruhezustand („normally-black"), d.h. ist die Sichtscheibe dunkel. Die Stromversorgung der einzelnen elektronischen Bauteile Z, S, O und F ist von einer Gleichstromquelle UB mit gegebener Ausgangsspannung gewährleistet und lässt sich mit Hilfe eines Schalters 77 manuell ein- oder ausschalten.
Wechselt das Umgebungslicht von hell nach dunkel, so wird ein zweites
Schwellwertsignal erzeugt, welches dazu führt, dass die Flüssigkristallzelle (LCD) aktiviert wird und die Sichtscheibe wieder aufhellt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schalter 77 mit einem Trageschalter 78 gekoppelt, welcher den Schalter 77 über eine Schaltelektronik 73 mit einer Detektorvorrichtung 74 verknüpft. Die elektronische Detektorvorrichtung 74 detektiert, ob die Blendschutzvorrichtung vom Benutzer in vorgesehener Weise getragen wird, oder vom Benutzer beiseite geschoben oder beiseite gelegt worden ist. Dabei generiert diese Detektorvorrichtung Steuer- Signale zur Bestimmung eines Modus„getragen", resp.„ungetragen". Dazu umfasst diese Detektorvorrichtung 74 mindestens einen Detektor (nicht dargestellt) zur Ermittlung eines physiologischen Wertes einer Körperzone eines Trägers. Der von der elektronischen Detektorvorrichtung 74 ermittelte Wert kann ein von der Körperzone des Trägers auf den Detektor (nicht dargestellt) ausgeübter physikalischer Wert, wie bspw. Druck, Zug, Torsion oder die von der Körperzone abgegebene Wärme oder Feuchtigkeit, sein. Der von der elektronischen Detektorvorrichtung 74 ermittelte Wert kann aber auch ein berührungslos, d.h. induktiv, kapazitiv, akustisch oder optisch ermittelter physikalischen Wert sein, wie bspw. eine von der Körperzone am Detektor verursachte Veränderungen des elektromagnetischen Feldes oder die räumliche Lage zur Körperzone des Trägers oder ein akustisches (sprachgesteuertes) oder ein optisches (Infrarot) Signal einer Fernbedienung. Ebenso kann der von der elektronischen Detektorvorrichtung 74 ermittelte Wert ein chemischer Wert sein, wie bspw. eine von der Körperzone am Detektor verursachte chemische Veränderung. Solche Detektoren sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Insbesondere ist die Schaltelektronik 73 derart ausgelegt ist, dass die elektronische Steuerschaltung 75 der Blendschutzvorrichtung einschaltbar ist, wenn der Modus„getragen" vorliegt und ist die elektronische Steuerschaltung 75 der Blendschutzvorrichtung ausschaltbar, wenn der Modus„ungetragen" vorliegt. Damit ist diese kontrollierbar ein- oder ausschaltbar.
In einer besonders präferierten Ausführungsform der Blendschutzvorrichtung ist die elektronische Steuerschaltung 75 derart ausgelegt, dass diese bei de- tektiertem Modus„ungetragen" in einem stromreduzierten, in einem„stand-by" oder in einem stromlosen Betriebszustand geschaltet ist. Es versteht sich, dass die elektronische Steuerschaltung 75 bevorzugt für einen„normally- black"-Betrieb ausgelegt ist und insbesondere die mindestens eine Sichtscheibe im deaktivierten Zustand einen Transmissionsgrad im Bereich von 5 - 15% oder weniger aufweist und im aktivierten Zustand einen Transmissionsgrad im Bereich von 15 - 40% oder mehr aufweist.
Für die Langzeitstabilität der Flüssigkristallzelle LCD umfasst die elektronische Steuerschaltung 75 eine Flipflop-Schaltung F, mit welcher die Polarität der an der Flüssigkristallzelle LCD angelegten Betriebsspannung mindestens beim Ändern des Modus wechselbar ist.
Es versteht sich ausserdem, dass der Fachmann die gewünschten Linsenfor- men der Sichtscheibe den Bedürfnissen des individuellen Benutzers anpasst, ohne dabei erfinderisch tätig sein zu müssen. Insbesondere können nicht nur sphärische sondern auch asphärische Planlinsen jeder Art verwendet werden.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Sichtscheibenaufbaus sind dem Fach- mann unmittelbar ersichtlich und insbesondere in der einfachen Herstellungsweise und der simplen Anpassbarkeit des Herstellungsprozesses an individuelle Ausführungsformen zu sehen. So kann beispielsweise die Kontur des Brillenglases bereits bei der Herstellung der Flüssigkristallzellen vorab und in einfacher Weise an eine standardisierte Brillenform und -grosse angepasst wer- den oder kann bei der Herstellung der Planlinsen deren ophthalmische Korrektur in einfacher weise berechnet und variiert werden. Es versteht sich, dass mit Zusatzvorrichtungen 72, Zusatzschaltungen 71 und/oder Regelschaltungen 76 unterschiedlichste Anwendungen in einfacher Weise realisierbar sind, bspw. weitere elektrische Funktionen, bspw. die Regelung der Detektorempfindlich- keit und/oder optische Funktionen, bspw. die Regelung der Farbgebung oder 3D-Funktionen der Sichtscheiben für den Einsatz als 3D-Brille oder Schiessbrille, ermöglicht werden können, und dass die erfindungsgemässe Blendschutzvorrichtung auch mit einer Hörhilfe, einem Radio, einem Musikplayer, einem Sprechfunk, einem Museumsführer oder Audioguide, ausgerüstet sein kann. Die erfindungsgemässen Sichtscheiben eignen sich für die industrielle Fertigung und erlauben gleichzeitig eine einfache Anpassung an individuelle Bedürfnisse.

Claims

Patentansprüche:
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) in Form einer Brille, eines Visiers, einer Maske oder eines Helms mit einer Sichtscheibe (12), welche mindestens eine Flüssigkristallzelle (LCD) umfasst, und mit einer elektronischen Steuerschaltung (15, 75) zur Veränderung des Transmissionsgrades dieser Sichtscheibe (12), wobei diese Steuerschaltung (15, 75) einen Schalter (17, 77) zum Aktivieren resp. Deaktivieren derselben aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallzelle (LCD) eine planparallele Flüssigkristallzelle (LCD) ist, welche mindestens einseitig mit einer gekrümmten, insbesondere sphärischen, asphärischen, torischen, zylindrischen, konvexen oder konkaven, Planlinse (33, 34, 37, 38, 42, 43, 46, 47, 52, 53, 56, 57) flächig verbunden ist, um eine Neutrallinse oder ophthalmische Linse und insbesondere um eine Multifokal- oder Gleitsichtlinse zu bilden.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese Blendschutzvorrichtung (1 1 ) zusätzliche optische Elemente, wie mindestens eine Polarisationsfolie, mindestens einen Farbfilter, mindestens eine weitere Flüssigkristallzelle zur Veränderung der Farbgebung und/oder zur Anzeige von Daten und Informationen, mindestens eine transparente Fotozelle resp. photovoltaische Schicht und/oder mindestens eine reflexarme und/oder kratzfeste Be- schichtung, aufweist.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung (15, 75) mindestens teilweise in einer Fassung der Blendschutzvorrichtung, insbesondere in einer Brillenfassung und/oder in einer Halterung für die Blendschutzvorrichtung, insbesondere in mindestens einem Brillenbügel, integriert ist.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass deren Schalter (17, 77) zum Aktivieren resp. Deaktivieren der elektronischen Steuerschaltung (15, 75) mit einem Trageschalter (78) gekoppelt ist, welcher den Schalter (77) über eine Schalt- elektronik (73) mit einer elektronischen Detektorvorrichtung (74) zur Bestimmung eines Modus„getragen", resp.„ungetragen" der Blendschutzvorrichtung (1 1 ) gekoppelt ist, wobei diese elektronische Detektorvorrichtung (74) mindestens einen Detektor (nicht dargestellt) zur Ermitt- lung eines physiologischen Wertes einer Körperzone eines Trägers um- fasst, und wobei die Schaltelektronik (73) derart ausgelegt ist, dass die elektronische Steuerschaltung (15, 75) der Blendschutzvorrichtung (1 1 ) einschaltbar ist, wenn der Modus„getragen" vorliegt und die elektronische Steuerschaltung (16, 75) der Blendschutzvorrichtung (1 1 ) aus- schaltbar ist, wenn der Modus„ungetragen" vorliegt.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der von der elektronische Detektorvorrichtung (74) ermittelte Wert ein von der Körperzone des Trägers auf den Detektor (nicht dargestellt) ausgeübter physikalischer Wert, wie bspw. Druck, Zug, Torsion oder die von der Körperzone abgegebene Wärme oder Feuchtigkeit, ist.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der von der elektronischen Detektorvorrichtung (74) ermittelte Wert ein berührungslos, d.h. induktiv, kapazitiv, optisch oder akustisch, ermittelter physikalischen Wert ist, wie bspw. eine von der Körperzone am Detektor verursachte Veränderungen des elektromagnetischen Feldes oder die räumliche Lage zur Körperzone des Trägers oder ein akustisches (sprachgesteuertes) Signal oder ein optisches (Infrarot) Signal einer Fernbedienung.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der von der elektronischen Detektorvorrichtung (74) ermittelte Wert ein chemischer Wert ist, wie bspw. eine von der Körperzone am Detektor verursachte chemische Veränderung.
8. Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung (15, 75) der Blendschutzvorrichtung (1 1 ) bei detektiertem Modus„ungetragen" in ei- nem stromreduzierten, in einem„stand-by" oder in einem stromlosen Be triebszustand vorliegt.
Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung (15, 75) für einen„normally-black"-Betrieb ausgelegt ist und insbesondere die mindes tens eine Sichtscheibe (12) im deaktivierten Zustand einen Transmissionsgrad im Bereich von 5 - 15% oder weniger aufweist und im aktivierten Zustand einen Transmissionsgrad im Bereich von 15 - 40% oder mehr aufweist.
10. Elektrooptische Blendschutzvorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerschaltung (15, 75) eine Flipflop-Schaltung (F) umfasst, mit welcher die Polarität der an der Flüs- sigkristallzelle (LCD) angelegten Betriebsspannung mindestens beim
Ändern des Modus wechselbar ist.
PCT/CH2011/000303 2011-01-31 2011-12-20 Elektrooptische blendschutzvorrichtung mit planlinsen WO2012103657A1 (de)

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