CN201259577Y - 液晶明暗自动遮光太阳镜 - Google Patents

Abstract

液晶明暗自动遮光太阳镜，设有眼镜架，及装在眼镜架上的液晶镜片、控制器和电池，所述的液晶镜片两个面分别有一层透明的导电膜，构成液晶电极，两电极与控制器的控制端电连接；控制器输入端接有光照度传感器，向控制器输入外界光照度的传感信号；控制器输入端接有光角度传感器，向控制器输入外界光源的角度传感信号。本实用新型可根据光源的角度，向液晶镜片输出高于镜片均匀透光率敏感控制区控制电压的上限临界值的暗条控制电压，使镜片上出现的暗带移到挡住该光源的位置。本实用新型可对不分区镜片实现自动遮挡动态的特定方向强光的功能，并具有结构简单，体积小的优点。

Description

液晶明暗自动遮光太阳镜

技术领域

本实用新型涉及一种太阳镜，体涉及一种能够自动遮挡强光的液晶太阳镜。

背景技术。

液晶的光透过率与加在其上的电压有关，它具有下述光电特性：当电压低于下限临界值时，其光透过率变化缓慢，不敏感，当控制电压高于下限临界值又低于上限临界值时，液晶的均匀透光率会敏感地随着电压的升高而降低，形成均匀透光率敏感控制区，当电压高于上限临界电压后，光透过率即不再随电压的升高而变化了，所以人们在用电压控制液晶太阳镜的透光率时，其控制电压的变化范围都是选在敏感控制区的上、下临界值之间，通过改变这个范围里的电压值来改液晶镜片的透光率。当外部平均光照强时，一般可通过加大控制电压降低液晶眼镜的透光率，但对于太阳这样的强光源，如果使整个镜片的透光率均降低，即会在遮挡太阳的同时也遮挡了其区域，比如致使行进中的道路也看不清了，所以有的液晶太阳镜采用对液晶眼镜的局部区域加大控制电压，仅使这局部区域变暗，其它区域保持足够的透光率，取得“只遮太阳不遮路”的效果。但人眼视野里的强光源是动态变化的，镜片上需要遮光的部位也需要不断变化，这就给控制变色带来了困难，有一些液晶眼镜通过两维控制的栅格条块，动态地遮挡某一个区域的入射光。这类眼镜的控制方式复杂，需要通过较大、较重、昂贵的电子控制装置来实现其功能，由于实用性较差，至今未见其商品化，而且这类分区控制的方法均要把液晶镜片分割为多个区域，才能实现对局部的控制，在镜片上出现明暗分区，这些眼镜需要在人眼和镜片之间保持一个固定的距离，从而计算入射强光的角度。这就势必会使控制电路复杂化，增加了控制系统的体积，无论制造和使用都不方便。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种液晶明暗自动遮光太阳镜，这种太阳镜不必将液晶镜片分割成多个区域，仅在两面都有一片导电膜电极的镜片上即能自动根据强光源的方位实现局部挡光的动态控制，而且具有结构简单，体积小的特点。

解决上述问题的技术方案是：本实用新型设有眼镜架，及装在眼镜架上的液晶镜片、控制器和电池，所述的液晶镜片两个面分别有一层透明的导电膜，构成液晶电极，两电极与控制器的控制端电连接；控制器输入端接有光照度传感器，向控制器输入外界光照度的传感信号；控制器输入端接有光角度传感器，向控制器输入外界光源的角度传感信号。

本实用新型的工作原理是：

控制器通过光照度传感器和光角度传感器计算外界的光照强度和强光源的入射角，当光照度大于设定阈值时，控制器根据光源的角度，向液晶镜片输出一高于镜片均匀透光率敏感控制区控制电压的上限临界值的暗条控制电压，此时，人眼看到的镜片上方会出现一暗带，而且此暗带可随电压的进一步升高而下移，控制器即可根据计算出的光源角度，通过相应的暗条控制电压自动将人眼看到的暗带移到挡住该光源的位置，起到自动遮挡强光的作用。

前面曾述，在现有技术中，人们一般是利用液晶在一定控制电压范围内均匀透光率会随电压的升高而降低的特性对液晶镜片的透光度进行控制，即在均匀透光率敏感控制区内对液晶透光率进行控制，由于电压升高到敏感控制区控制电压上限临界值后，均匀透光率即不会再随电压的升高而继续变化，所以现有技术中对液晶的控制电压一般都限制在均匀透光率敏感控制区控制电压的上限临界值以下。

但本实用新型注意到这样一种物理现象：在控制电压升到上限临界值以上后，虽然整个镜片的均匀透光率不再可控，但由于液晶盒与偏振片的角度特性，人眼通过液晶镜片看外界时，按一角度设置的镜片的上方会出现一个拱形的暗影条纹带，而且此暗带会随电压的进一步升高而下移，此暗带与人眼的视角方向相关，同眼镜离人眼的距离无关，所以不会因为不同人戴眼镜的习惯而出现不同。

需要说明的是：当液晶镜片离人眼很近时，尽管该暗带也可以按其它方向呈现，但可以根据镜片的方向性通过转动使该暗带充分按水平方向呈现，条纹呈现的宽度取决于镜片和人眼间的距离。基于正常到镜片表面的距离，条纹的中央有一个中央角度，中央角度不取决于人眼和镜片间的距离。如果暗影条纹是水平的，中央角度不根据人眼中央和镜片顶端之间的距离而变化。因此，暗影条纹在镜片上出现的位置是独立的，不受眼镜配戴的方式及配戴者脸部形状的影响，每副眼镜可以被普遍地配戴，而不用不要求调节人眼和镜片之间的相对位置重新校准。

本实用新型正是利用此特性，在外界光较强时，利用高于平均匀透光率敏感控制区控制电压上限临界值的暗条控制电压，控制在镜片上暗条出现的位置，达到动态遮挡某些方向强光的目的。

本实用新太阳镜不必对液晶镜片划分区域，就可实现在镜片局部动态遮挡一定方向强光的自动控制，而且对不同的人不要求调节人眼和镜片之间的相对位置，使用方便，并具有结构简单，体积小的优点。

附图说明

图1、本实用新型实施例外观结构示意图

图2、图1的A-A向剖面结构示意图

图3、图2的B部位横梁的局部放大结构示意图

图4、本实用新型实施例控制电路方框示意图、

图5、本实用新型实施例控制流程图

图6、光角度传感器与被测入射光的相对关系图

图7、液晶镜片的光入射角与(Ia-Ib)/(Ia+Ib)之间的特征曲线

图8、在一系列电压下TN类液晶显示屏的角度特性图

图9、光线透过率和入射角度之间相关性的示意图

图10、液晶镜片被启动出现的带状暗影条纹和它的灰度变化示意图

图11、本发明实施例控制电压波形图

1-眼镜架 2-横梁 3-液晶镜片 4-组合光感应器 5-印刷电路板6-CPU芯片 7-电连接器 8-后盖 9-空腔 10-孔洞

具体实施方案

本例的光角度传感器和光照度传感器是一个包括光角度传感器和光照度传感器的组合光感应器，该组合光电传感器光接收面的法线与液晶镜片的法线重合。

参见图1、图3，本例的眼镜架1中部设有空腔9，组合光感应器4嵌在眼镜架中部前面空腔开口的部位，设置控制器6的印刷电路板5置于紧贴组合光感应器4后部的空腔内，空腔9后开口部位被嵌入的后盖8封闭；

通常太阳镜的液晶镜片可以设置1个，也可以设置2个，本例设置了左、右两个液晶镜片，眼镜架1中部设有连接左、右液晶镜片3的横梁2，所述容纳控制器的空腔9设在横梁2上，左、右液晶镜片分别嵌在眼镜架设置的左、右镜框内，左、右镜框通过横梁连为一体。

液晶镜片由左、右两个正性TN-液晶镜片3构成，每个镜片设有一对管脚，分别与处于镜片相对的两个表面上的电极电连接。本液晶镜片的前后两偏振片的偏振方向相互正交，并于水平方向成45度角。

通常可根据液晶的方向性通过转动角度使液晶镜片在上限临界值电压以上所出现的暗条呈水平向。

任何其它类型的镜片，如果最小透过率的角度是所施加电压的函数，也可以是液晶镜片的替代品。对两个透明导电层之间施加控制电压，电场引起液晶微粒的重新定位，在一定入射角度范围内，减小光线的透过率。

控制器包括印刷电路板和装在印刷电路板上的集成电路控制芯片，电池与液晶镜片的电极通过印刷电路板与集成电路控制芯片电连接。

采用数字集成电路控制芯片可以具有体积小、耗能少的优点。

进一步地，本例集成电路控制芯片采用了智能化的数字集成的CPU芯片。

CPU芯片使用Texas Instruments公司产品，型号是MSP43OF2012，这种CPU芯片已含模拟-数字转换器。还有很多其它CPU芯片可以作为适合的替代品，已含运算放大器的微型控制器也可以作为一个选择，如TexasInstruments公司的产品，其型号为MSP430F2234。控制电路可以设计为使用逻辑门和放大器的组合，而代替微型控制器的使用

CPU芯片及其它静态电子元件焊接在印刷电路板上，CPU芯片上的管脚通过细线与电路板上的较大的电焊盘连接，所述液晶镜片上的管脚分别通过电焊盘与CPU芯片电连接，电路板上的焊盘最好与所对应的液晶镜片的管脚相邻，管脚与焊盘可以直接焊接，也可以通过其它部件或导线焊接连接

参见图3，CPU芯片6架在所述印刷电路板5向后的板面上，印刷电路板向前的板面紧贴组合光感应器4。

在横梁空腔9两侧分别设有与两侧镜框连通的孔洞10，两侧孔洞内分别装有电连接器7，电连接器一端与所述液晶镜片3上的管脚电连接，另一端通过电路板上的电焊盘与CPU芯片的控制电压输出端电连接，为防止水进入空腔，孔洞10用密封材料密封，后盖8将空腔9后部密封。

参见图6，本例的光角度传感器和光照度传感器是采用了一个包括光角度探测器和光照度传感器的组合光感应器，该光电传感器单元在同一平面的上下部分别设有一个光电管PA和PB，两光电管中间设有一与该平面垂直的遮光板，构成两个测光部，两个测光部的光电流输出端通过印刷电路板与CPU芯片输入端电连接。

该光电传感器单元光接收面的法线与液晶镜片的法线重合，当入射光垂直入射到该光电传感单元上时，两个光电管的感光面积相同，检测的光电流Ia与Ib相等，当入射光以与法线呈一定角度θ入射时，在遮光板的影响下，两个光电管的有效感光面积不相等，光电流Ia、Ib也不相等，本传感器形成(Ia-Ib)/(Ia+Ib)的量与入射角θ成正比(见图7)，故构成角度传感信号，CPU芯片计算此量即可求得入射光角度θ，而(Ia+Ib)的值则正比于太阳光的照度，构成光照传感信号；CPU芯片计算此量即可求出平均光照度。该传感器的最大检测角度为正负50度。

本例采用Hamamatsu Photonics公司提供的零件号是S6560产品作为上述光角度传感器和光照度传感器，它可以根据每一个光敏二极管感应到的光照度，输出电流到传感器的两个输出管脚。

上述传感器的替代手段可以是：任何其它光电探测器的组合，如果能够感应到光照强度和入射角度，也可以用作角度探测器和光照度感应器，两个能感应可见光和紫外线的光敏二级管，其组合可以作为S6560探测器的替代品。一个对方位感应灵敏的探测器、CCD(电荷耦合装置)阵列，或其它形式的角度测量感光探测器，可以替代角度探测器中的双光敏二级管。运算放大器可将每一个电流信号转换为电压信号，微型控制器中的模数转换器将所有模拟信号转换为数字信号，光源的方向和光照的强度因此而被计算出来。另一个选择是，通过每个光敏二极管的电压可以直接测量得出，而不需要这样的电流和电压的转换。角度探测器也可以被手动调节控制装置如电位计所替代。

图8展示在一系列控制电压下TN类液晶显示屏的角度特性，液晶镜片的透过率是加在镜片上的电压差的函数，随着加载电压的升高，最小透过率的角度(即镜片上对人眼产生暗带的角度)可接近一个通常到镜片表面的角度。

将前述的光角度、光照传感器和液晶镜片装在太阳镜上，使传感器法线与眼镜片法线重合，CPU芯片根据传感器信号(Ia-Ib)/(Ia+Ib)的值计算出强光源在镜片上相对于法线的入射角度θ。

由于液晶镜片上产生的暗带只与人眼的视角方向相关，与人眼到镜片的距离无关，所以控制器可以根据图8展示的角度特性选择控制电压。

例如：当控制器根据角度传感信号计算出强光源相对镜片法线的入射角θ是30度时，根据图8可知：选择2.4伏电压时，对人眼来说，在镜片上视角为30度的区域透光率很低，形成暗带区，其它区域的透光率增大，形成明区，所以此时控制电压即可选为2.4伏。而且明暗区之间存在一灰度过渡区(参见图10)。

图9示出光线透过率和入射角度之间的相关性，组合光感应器4探测光线11的强度和入射角度，如果光强度超过一个限定值，液晶镜片被启动遮挡测量到的入射光角度13中心部分入射角度12的光线。从其它角度照射到液晶镜片上的光线，如从入射角度14来的光线，可以通过镜片，其透过率和处于未启动状态的液晶镜片的透过率相似。对配带者来讲，来自光源处的强光被一条暗影条纹所遮挡，而其它区域就保持了一个没有变暗的视野。

给液晶显示屏加直流电压会导致离子移动，减低液晶显示屏的寿命，故对液晶镜片加载的是交流控制信号。

本例提供的暗条控制电压是频率相同、占空比相同的交变电压，可以通过调节其占空比、幅值或相位移来调节其有效值的高低。

图11是本例控制电压波形图。

电池输入CPU芯片的是直流电压，本例利用CPU芯片及其可编程输出控制端将直流变为交流，加在液晶的两个控制电极上，如果用CPU芯片一个地与一个输出端做液晶控制端，则不可能满足液晶需要交流控制的要求，本例利用两个输出端控制液晶可以满足对交流控制信号的要求。如图11所示，当电池输出电压为V0时，CPU芯片的工作电压就为V0，其A输出端，通过程序控制可以输出幅度为v0的方波，同样对B输出端，通过程序控制可以输出幅度为V0的方波，但相位与A端相差180度，A端与B端的电压差随时间的变换就变成了交流信号，满足液晶控制要求，而方波的输出可以用CPU芯片内的定时计数器通过软件编程完成。

近一步地该控制电路需要根据所加在CPU芯片上的工作电压，分步控制其两个输出端的方波幅值与相互间的相位，产生所需的交流控制电压。

当光照强度高于一个限定值，微型控制器产生两个信号，加在第一个输出管脚上的第一个信号，在微型控制器的参考地电压和供应电压之间变化；在第二个输出管脚上的第二个信号，在微型控制器的参考地电压和供应电压之间变化，和第一个信号异相，并保持一个固定的相差。两个信号的占空比被选定以产生一个需要的标准差有效电压值。当光照强度低于限定值，加在微型控制器上的有效电压值不足以启动它时，微型控制器发出参考地电压到两个输出管脚。

图5是本实施例控制系统的程序流程框图，角度探测器探测入射光角度，如果光强数值足够高，则微处理机启动。微处理机从角度探测器采集模拟数据，并通过其模拟-数字转换器，将数据转换为数字数据，通过计算得出光线的入射角度和输出信号的相应的占空比，产生对液晶镜片输出的暗条控制电压，使镜片的相关位置处出现带状暗影条纹，从而遮挡来自该入射角度的光线。

供该CPU芯片依次按以下步骤向液晶镜片输出暗条控制电压：

步骤1

向CPU芯片输入工作电压阈值，它与光照度的临界值成正比；

步骤2

当光照度低于其临界值时，该CPU芯片的输入电压低于所述工作电压阈值，则不启动，所述液晶镜片的电极无控制电压输入；

步骤3

当光照度高于其临界值，光电流Ia+Ib形成的CPU芯片的输入电压值大于工作电压阈值，CPU芯片启动，向液晶镜片的一个电极输出一个频率、占空比都设定的方波电压信号，同时执行步骤4；

步骤4，

按下式计算入射角θ：θ＝K*(Ia-Ib)/(Ia+Ib)；其中K为一60-90设定值；

步骤5

向液晶镜片的另一个电极输出频率相同、异相保持设定相差的方波电压信号，对液晶镜片电极施加了具有一定有效值的交流控制电压，，使该入射光θ对应的所述液晶镜片区域的透过率下降很多，形成暗区，从其他角度照射到液晶镜片上的光线则可透过较多，形成相对的明区；

上述实施方案可以实现：

当光照度高于设定阈值时，控制器输出高于镜片均匀透光率敏感控制区控制电压上限临界值的暗条控制电压，根据强光入射角控制镜片上暗条出现的位置，起到遮挡强光的作用，当光照度低于设定阈值时，控制器无暗条控制电压输出，镜片处于不受控状态。

也可将光照度低于设定阈值的情况设置成对镜片均匀透光度的控制状态，其方法是：

当光照度低于设定阈值时：控制器根据光照强度输出均匀光透控制电压，控制镜片的均匀透光度，所述的均匀光透控制电压值介于镜片均匀透光率敏感控制区控制电压的上限临界值和下限临界值之间。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (9)

1、液晶明暗自动遮光太阳镜，设有眼镜架，及装在眼镜架上的液晶镜片、控制器和电池，其特征在于：所述的液晶镜片两个面分别有一层透明的导电膜，构成液晶电极，两电极与控制器的控制端电连接；控制器输入端接有光照度传感器，向控制器输入外界光照度的传感信号；控制器输入端接有光角度传感器，向控制器输入外界光源的角度传感信号。

2、根据权利要求1所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：所述液晶镜片的前后两偏振片的偏振方向相互正交，并与水平方向成45度角。

3、根据权利要求1所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：所述的光角度传感器和光照度传感器是一个包括光角度传感器和光照度传感器的组合光感应器，该组合光电传感器光接收面的法线与液晶镜片的法线重合。

4、根据权利要求3所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：所述的眼镜架(1)中部设有空腔(9)，组合光感应器(4)嵌在眼镜架中部前面空腔开口的部位，设置控制器(6)的印刷电路板(5)置于紧贴组合光感应器(4)后部的空腔内。

5、根据权利要求4所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：置有左、右两个所述的液晶镜片，眼镜架(1)中部设有连接左、右液晶镜片(3)的横梁(2)，所述容纳控制器的空腔(9)设在横梁(2)上。

6、根据权利要求5所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：左、右液晶镜片分别嵌在眼镜架设置的左、右镜框内，左、右镜框通过所述的横梁(2)连为一体。

7、根据权利要求6所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：在横梁空腔(9)两侧分别设有与两侧镜框连通的孔洞(10)，两侧孔洞内分别装有电连接器(7)，电连接器一端与所述液晶镜片(3)上的管脚电连接，另一端通过印刷电路板上的电焊盘与控制器电连接。

8、根据权利要求1-7任一权利要求所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：所述的控制器包括印刷电路板和装在印刷电路板上的集成电路控制芯片，电池与液晶镜片的电极通过印刷电路板与集成电路控制芯片电连接。

9、根据权利要求8所述的液晶明暗自动遮光太阳镜，其特征在于：所述集成电路控制芯片是数字集成CPU芯片。

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