ПРОТИВООСЛЕПЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК G02C7/10 G02F1/135 

Настоящее изобретение относится к устройствам, предназначенным для предотвращения ослепления при работе с яркими источниками света, прежде всего при вождении транспорта в ночное время.

Известно устройство, состоящее из двух заключенных в оправу очков жидкокристаллических ячеек на твист-эффекте и соединенной с ними солнечной батареи [1] В широком диапазоне входной освещенности (2 • 10³ 4 • 10⁴ лк) на глазах наблюдателя поддерживается постоянное значение освещенности (около 10³ лк).

Недостатком устройства при применении его в качестве противоослепляющего устройства при вождении в темное время суток является одновременное ослабление световых потоков от фар встречного транспортного средства и дороги перед автомобилем, а также недостаточная чувствительность солнечной батареи к слабым пучкам света (1 10 лк), что не позволяет развить напряжение, необходимое для срабатывания ЖК ячеек.

Также известно противоослепляющее устройство, представляющее собой очки для водителей, состоящие из заключенных в оправу стекол, у которых затемнена лишь часть, сквозь которую смотрят на источники света [2]
Их недостатком является отсутствие изменения пропускания слепящего источника света.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, состоящее из одной или двух заключенных в оправу жидкокристаллических ячеек, представляющих собой последовательно расположенные по отношению к глазам наблюдателя защитное прозрачное покрытие, первый поляризатор, первую прозрачную пластину, первый прозрачный электрод, первое ориентирующее покрытие, ориентированный по твист-эффекту слой жидкого кристалла с фиксирующими толщину элементами, второе ориентирующее покрытие, второй прозрачный электрод, вторую прозрачную пластину, второй поляризатор, второе защитное прозрачное покрытие, а также из схемы управления пропусканием ячеек, содержащей фотоэлемент, усилитель, переключатель, источник питания, и соединенный с их электродами [3] В зависимости от уровня освещенности схема управления и поляроиды обеспечивают изменение пропускания твист-ячеек в 3 50 раз.

Недостатком устройства является малая величина пропускания противоослепляющим устройством, находящимся в рабочем состоянии, ближнего света от управляемого в темное время суток транспортного средства. Это происходит вследствие того, что и поляроиды, и прозрачные электроды покрывают всю рабочую площадь ячеек. При яркости светящей поверхности фар встречных автомобилей 10⁶ кд/м² и освещенной дороги на расстоянии 25-50 м 5 • 10³ 2 • 10⁴ кд/м² [4] слабое пропускание устройством ближнего света приводит к тому, что яркость дорожной обстановки перед автомобилем, воспринимаемая глазами водителя, практически не отличается от яркости фона, так как глаза адаптируются на наиболее яркий источник света (фары, фонари и т. п.). Отсутствие информации об обстановке перед автомобилем может привести к аварии.

Техническим результатом изобретения является увеличение пропускания противоослепляющим устройством, находящимся в рабочем состоянии, ближнего света от управляемого в темное время суток транспортного средства.

Названный технический результат достигается тем, что в описанном устройстве ширина первого поляризатора или прозрачных электродов составляет 53 60% ширины рабочей части каждой жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки, а главная ось внешнего поляроида направлена перпендикулярно плоскости дорожного покрытия.

В качестве источника питания может использоваться автомобильный блок питания, соединенный со схемой управления пропускания ячеек.

С целью расширения углового диапазона, в котором происходит ослабление слепящего встречного пучка света, передняя часть оправы с одной или двумя жидкокристаллическими ячейками выносится вперед на расстояние 15 40 мм от зрачков глаз.

С целью увеличения пропускания ближнего света ширина второго поляроида может быть также уменьшена до 53 60% ширины рабочей части жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки.

На фиг. 1 приведена конструкция противоослепляющего устройства. Цифрами обозначены: 1 оправа, 2 жидкокристаллические (ЖК) ячейки, 3 фотоэлемент, 4 переключатель, 5 соединительные провода, 6 автономный источник питания. На фиг. 2 приведена конструкция ЖК ячейки. Цифрами обозначены: 7 - первое защитное покрытие, 8 первый поляризатор, 9 первая прозрачная пластина, 10 первый прозрачный электрод, 11 первое ориентирующее покрытие, 12 ориентированный по твист-эффекту слой ЖК, 13 задающие толщину элементы, 14 второе ориентирующее покрытие, 15 второй прозрачный электрод, 16 - вторая прозрачная пластина, 17 второй поляризатор, 18 второе защитное прозрачное покрытие, 19 соединительные провода. Фиг. 3 приведена для пояснения расчета ширины первого поляроида или прозрачных электродов по отношению к ширине ячейки. Латинскими буквами обозначены: H высота глаз водителя над дорогой, L расстояние оси глаз водителя до края освещаемой ближним светом поверхности, Г расстояние от зрачка до ЖК-ячейки, l ширина ячейки по вертикали. x ED расстояние от оси, проходящей через глаз водителя и центр ячейки, до нижнего края поляроида или электрода. Относительная ширина поляроида или электрода равна [(0,5g + x)/l]•100%
Устройство работает следующим образом. Оправа одета на голову так, что центры ЖК ячеек находятся перед зрачками. В выключенном состоянии пропускание ячеек определяется электродами или поляроидами и составляет 30 40% При появлении встречной машины с включенными фарами или другого яркого источника света происходит переключение напряжения на ЖК ячейки, если освещенность на фотоэлементе превышает 1,4 2 лк [4, с. 200] Переключение может осуществляться также вручную. Под действием напряжения происходит переключение пропускания ЖК ячейки. В зависимости от ЖК материала, выбора поляроида и т.д. световой поток, попадающий на глаза, ослабляется в 5 15 раз, если угол между направлением движения и встречным пучком света равен нулю, в 8 50 раз, если встречный пучок падает слева под углом 5 30^o. При этом световой поток, рассеянный дорогой перед автомобилем, не ослабляется вследствие отсутствия изменения пропускания твист-ячейки, если в ее нижней части отсутствует поляроид или электрод. Во втором случае (отсутствует электрод) практически нет скачка пропускания ячейки в открытом состоянии: в первом случае (отсутствует поляроид) величина скачка пропускания составляет около 10%
Величина постоянно открытой части ячейки выбирается из следующих соображений. Если считать, что нельзя ослаблять воспринимаемую яркость дороги на расстоянии L 25 м перед автомобилем, то часть DG ячейки не должна ослаблять ее пропускание, в то время как часть FD ячейки закрыта при попадании на фотоэлемент света встречного транспортного средства. Это означает, что на участке DG ячейки должен отсутствовать первый поляроид 8 или прозрачные электроды 10, 15. Второй поляризатор 17 должен покрывать всю рабочую поверхность ячейки во избежание трехкратного скачка всю рабочую поверхность ячейки во избежание трехкратного скачка пропускания при переходе от закрытой к открытой части ячеек, что может вызвать у водителя ощущение дискомфорта. Отношение FD/FG показывает, какая часть ячейки покрыта первым поляризатором или какой части ее внутренних поверхностей нанесены прозрачные электроды. Для ее расчета найдем величину x ED, так как FD/FG (0,5l + x)/l. Из подобия треугольников получает x rH/L. В табл. 1 приведены значения отношений FD/FG для транспортных средств, имеющих наименьшую (легковые автомобили) и наибольшую величину высоты глаз водителя над дорогой (значения H взяты из [3, с. 202] ), а также для минимального и максимального расстояний от зрачка до ЖК ячейки (значение r 1 см соответствует общепринятой оправке очков, значение r 4 см максимально допустимому для описываемого устройства расстоянию до ячеек). При расчете бралось значение L, равное 25 м 2500 см. Ширина ячейки l принималась равной 3 см (для малых r) или 4 см (для больших r).

В табл. 2 показано, какая часть ячеек обязательно должна содержать первый поляризатор или прозрачные электроды, чтобы свет фар встречного автомобиля, находящихся на высоте h над дорогой, ослаблялся электрооптической ячейкой. Значения h взяты из [4, с. 202] величина расстояния между автомобилями принята равной S 20 м, ширина ячейки принята равной 3 см, расстояние r 1 см. Величина FD/FG вычисляется аналогично предыдущему случаю, где x r(H - h)/S.

Таким образом, происходит ослабление воспринимаемой глазом яркости встречного источника света при сохранении воспринимаемой глазом яркости отраженного от дороги света перед автомобилем до расстояния 25 м, если ширина первого поляризатора или прозрачных электродов составляет 53 60% ширины рабочей части каждой жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки. Главная ось второго поляризатора должна быть направлена вертикально, чтобы не ослаблялся рассеянный дорогой свет. При больших значениях FD/FG уменьшается длина участка дороги, воспринимаемая яркость которого не ослабляется ЖК ячейками. При меньших значениях отношения FD/FG возникает вероятность попадания в глаз не ослабленного ЖК затворами света фар встречных транспортных средств.

Было изготовлено противоослепляющее устройство, содержащее заключенные в оправу очков ЖК ячейки, соединенные с фотопереключателем и источником питания на 12 В, расположенным на передней части оправы. Каждая ЖК ячейка представляла собой заключенный между стеклянными подложками с прозрачными электродами из окиси индия, нанесенные на внутренние поверхности подложек. Толщина слоя ЖК задавалась тефлоновыми прокладками и составляла 12,6 мкм, ориентация задавалась натиранием пленок поливинилового спирта. С внешней стороны подложек были приклеены пленочные поляроиды на основе соединения иода с защитным покрытием из прозрачного полимерного материала (поливинилацетата). Если освещенность на входном отверстии фотодиода была меньше 2 лк, напряжение на ячейках отсутствовало и их пропускание составляло 35% Если освещенность превышала это значение, происходило переключение напряжения на ЖК ячейках и их пропускание уменьшалось в 10 30 раз при нормальном падении света, в 20 50 раз при угле падения пучка света слева 6 10^o. Пропускание на закрытой поляроидом части ячейки остается на прежнем уровне. На расстоянии r 1 см ячеек от зрачка, ширина области, в которой световой пучок ослаблялся в 20 раз, составила 1^o, на расстоянии r 4 см 22^o, т. е. ЖК ячейка визуально воспринимается более однородной, если она отодвинута от глаз водителя на большее расстояние. Яркость светящихся поверхностей автомобильных фар составляет 10⁶ кд/м², дороги 5 • 10³ 2 • 10⁴ кд/м². При ослаблении пучка света устройством по прототипу в 10 150 раз учитывая уменьшение пропускания за счет поляроидов) воспринимаемая глазом яркость фар равна 6,6 • 10³ 3,3 • 10⁴ кд/м², а поверхности дороги 3,3 • 10¹ 6,7 • 10² кд/м². Отношение яркостей фар и дороги составляет в этом случае 10 10³. При низком уровне освещенности дороги в темное время суток из-за слабого пропускания ближнего света глаз водителя не различает дороги и фон при таком отношении яркостей в течение некоторого времени вследствие аккомодации на меньшую яркость, что ухудшает видимость дороги перед транспортным средством. Применение предлагаемого противоослепляющего устройства позволяет увеличить воспринимаемую глазом яркость дороги до 1,7 • 10³ 6,7 • 10³ кд/м². Отношение яркостей фар и дороги перед автомобилем составляет в этом случае 1 20. Аккомодация на меньшую яркость или не требуется, или происходит за более короткое время. Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет увеличить пропускание ближнего света в 10 50 раз и согласовать освещенность глаз водителя от фар встречного транспортного средства и дороги перед управляемым водителем транспортным средством, что улучшает видимость дорожной обстановки перед транспортным средством в условиях вождения в темное время суток.

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

4. К.М. Левитин. Эффективность освещения и световой сигнализации автотранспортных средст. М. Энергоатомиздат. 1991, 240 с.

Использование: для вождения автотранспортных средств в темное время суток. Сущность изобретения: устройство содержит заключенные в оправу очков жидкокристаллические электрооптические затворы на основе твист-эффекта, фотоприемник, усилитель, источник питания. Если освещенность фотоприемника превышает пороговую величину 1,4 - 2 лк, электрооптические затворы закрываются, т. е. воспринимаемая глазами водителя яркость фар встречного транспорта ослабляется в 5 - 40 раз. Чтобы увеличить пропускание ближнего света, ширина первого поляризатора или прозрачных электродов составляет 53 - 60% ширины жидкокристаллических ячеек, отсчитывая от верхнего края ячеек, а главная ось второго поляризатора направлена перпендикулярно плоскости дорожного покрытия. 2 з. п. и ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Противоослепляющее устройство, состоящее из одной или двух заключенных в оправу жидкокристаллических ячеек, представляющих собой последовательно расположенные по отношению к глазам наблюдателя первое защитное прозрачное покрытие, первый поляризатор, первую прозрачную пластину, первый прозрачный электрод, первое ориентирующее покрытие, ориентированный по твист-эффекту слой жидкого кристалла с фиксирующими его толщину элементами, второе ориентирующее покрытие, второй прозрачный электрод, вторую прозрачную пластину, второй поляризатор (анализатор), второе прозрачное защитное покрытие, а также из схемы управления пропусканием ячеек, содержащей фотоэлемент, усилитель, переключатель, источник питания, и соединенной с электродами ячеек, отличающееся тем, что ширина первого поляризатора или прозрачных электродов составляет 53 60% ширины рабочей части каждой жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника питания используется автомобильный блок питания, соединенный со схемой управления пропусканием ячеек. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина второго поляризатора составляет 53 60% ширины рабочей части каждой жидкокристаллической ячейки, отсчитывая от верхнего края ячейки.