Оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом Российский патент 2024 года по МПК G02C7/10 G02C7/16 A61F9/02 

Изобретение относится к оптическим устройствам в виде очков или сигнального экрана для предупреждения засыпания водителя транспортного средства за рулем во время движения.

Близким прототипом заявленного изобретения является патент РФ 2661449, где светозащитные устройства в очках-антифарах выполнены сверху и снизу очковой линзы и на уровне зрачков глаз образуют прозрачную оптическую диафрагму для визуального обзора. Нижние границы расположенного сверху светозащитного элемента соответственно, расположены выше оптического центра линз, что исключает создание помех для зрения.

Оптических устройств, которые бы определяли необходимость осознанного перехода водителя в вынужденное положение за рулем или определяли изменение бинокулярного зрения у водителя во время движения заявителем не найдено.

Основной целью изобретения являлось создание специального оптического устройства для предупреждения засыпания водителя автомобиля за рулем во время движения, которые бы определяли необходимость выполнения водителем таких движений как осознанный перевод головы в особое положение, вызывающего напряжение мышц, а также иное центрирование глаз и активизацию зрительного анализатора при резкой контрастной смене интенсивности света или цвета, а также изменении визуальной картины, что затрудняет или исключает засыпание водителя в таких крайних физиологических условиях. Научно доказано, что засыпание человека не является мгновенным процессом и может быть прервано на любом этапе при внешнем, в том числе, световом воздействии на зрительный анализатор.

Сопутствующей целью является создание устройства с возможностью использования светозащитных оптических элементов оптического устройства для предупреждения ослепления или получения эффекта очков-антифар.

Задача создания особых условий для водителя за счет оптического устройства, которые бы определяли осознанный перевод головы водителя в особое физиологическое положение с постоянным мышечным напряжением, активизацию зрительного анализатора и иное центрирование глаз, решается путем использования оптических устройств с расположенными особым образом на разных уровнях и определенной ширины, контрастными по свету, цвету или визуальной картине оптическими полями, которые синхронно совершают колебания в вертикальной плоскости, вне независимо от направления оптической оси глаза.

Данная задача решается тем, что оптическое устройство выполняется в виде очков или экранов с оптическими элементами, образующими протяженные по горизонтали, контрастные относительно друг друга оптические поля на разных уровнях линзы, одно из которых выполнено как сигнальное бинокулярное поле шириной от 2 до 8 мм в виде полосы светосигнального элемента, представляющего собой затемняющий светофильтр или рассеивающее свет матовую поверхность линзы, с прилегающими двумя, разнесенными по вертикали, верхним и нижним обзорными оптическими полями, представленными контрастными относительно сигнального бинокулярного поля оптическими средами или оптическими пространствами в виде отверстий или выемок по краю линзы, с проекцией нижней границы сигнального бинокулярного поля выше тех опорных точек в средней части носовых упоров, которые определяют расположение нижней границы сигнального бинокулярного поля относительно уровня горизонтальной линии зрачков. В таком варианте выполнения оптических полей с затемняющим или рассеивающим бинокулярным полем, оптическое устройство можно использовать и как светозащитные очки-антифары.

Оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом выполняется в виде светозащитных очков или экрана с иными элементами фиксации на голове водителя. В данной заявке подробно описан один из вариантов выполнения устройства в виде светозащитных очков для предупреждения засыпания водителя за рулем.

На фиг. 1 оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом представлено в варианте светосигнальных очков, общий вид сзади. На фиг. 2 представлен вариант выполнения комбинированного устройства с эффектом очков-антифар, за счет оптической диафрагмы, общий вид сзади.

Оптическое устройство с целью предупреждения засыпания водителя за рулем (фиг. 1) представляет собой по конструкции и функции солнцезащитные или светозащитные очки 1, в очковых линзах 2 или общем очковом стекле которых, выполнены светосигнальные элементы, представленные в одном из вариантов светозащитным устройством в виде проницаемых для видимого света затемняющих, поляризующих, фотохромных и иных, с различимыми границами светофильтров, а также в виде непрозрачных светозащитных элементов, а в другом варианте, рассеивающим свет матовыми оптическими средами или поверхностями. При этом, светосигнальные элементы могут быть представлены светофильтрами с разной степенью светопропускания или рассеивания, а также в виде отдельных непрозрачных оптических сред. Светофильтры могут быть и окрашенными в разной степени оптическими средами линзы.

Вышеуказанные светосигнальные элементы используются для визуализации границ обзора, уменьшения светового потока или интенсивности света до необходимого минимального уровня, при котором возникает четкий контраст с иными оптическими полями или наоборот, резко ухудшают видимость и нарушают бинокулярное центральное зрение в случае движения на автомобиле. Таким образом, водитель получает определенный оптический сигнал, предполагающий выполнение осознанного или неосознанного действия. При этом, оптическое устройство с варианте с достаточно затемняющими светофильтрами или светорассеивающими поверхностями может быть дополнительно использовано для предупреждения ослепления водителя фарами встречного автомобиля.

Например, при появлении в поле зрения водителя оптического поля, выполненного светосигнальным матовым, рассеивающим светоэлементом, исчезает частично или полностью нормальное визуальное восприятие объектов в проекции центрального зрения, что определит соответствующие действия со стороны водителя. В варианте использования оптического устройства в виде очков-антифар достигается предупреждение ослепления водителя фарами встречного автомобиля.

В данном описании изобретения подробно рассматривается вариант оптического устройства с затемняющими светосигнальными элементами в виде светофильтров, как один из простых вариантов оптического устройства с основной функцией предупреждения засыпания за рулем.

Одним из существенных признаков изобретения, определяющим функциональные свойства оптического устройства, является протяженный по горизонтали в центральной части линзы в виде широкой полосы светосигнальный элемент 3 из затемняющего светофильтра или матовой рассеивающей поверхности линзы, которые в оптическом устройстве образуют протяженное поле зрения, представляющее собой сигнальное оптическое поле 4. Наличие в линзах 2 оптического устройства таких протяженных на одном уровне затемняющих в той или иной степени светофильтров или иных по оптическим свойствам оптических сред и поверхностей вызывают нарушения или изменения в нормальном световом восприятия или нормальную визуальную идентификацию объектов бинокулярным зрением на этом уровне, что будет определять появление соответствующего нейрофизиологического сигнала для водителя как при сохраненном сознании, так и при засыпании. Также может быть достигнут и эффект защиты глаз от ослепления фарами встречного автомобиля.

Очевидно, что бинокулярное зрение водителя при обзоре дорожного полотна определяется особенностями тех участков линзы, преимущественно в центральной ее части, которые соответствуют проекции центрированных оптических осей глаз водителя при взгляде прямо и вдаль. Соответственно, условно эти оптические части линзы можно условно обозначить как сигнальные бинокулярные поля 4, с нижней границей на линзе, соответствующей проекции зрачков глаз, при взгляде водителя вперед и вдаль. При малейшем наклоне головы водителя вперед, визуальная оценка дорожной обстановки резко изменится, так как частично у водителя перекрывается нормальное центральное бинокулярное зрение вдаль или нарушается нормальное восприятие объектов, что будет являться визуальным сигналом для водителя к изменению положения головы. Данное возникающее последствие от сигнального бинокулярного поля 4 с хорошо визуализируемой нижней границей 5 водитель может осознанно использовать для постоянного контроля наклона головы чуть назад во время движения по уровню нижней границы 5, что предполагает постоянное мышечное напряжение и контроль своего сознания.

Кроме того, при сохраненном сознании и отсутствии достаточной визуальной информации в проекции центрального бинокулярного зрения, неизбежны определенные защитные действия водителя из-за возникающих соответствующих механизмов адаптации со стороны глаз в виде конвергенции, фокусировки бинокулярного зрения по проекции видимых иных оптических полей. В случае полного закрытия обзора отдаленной точки сигнальным бинокулярным полем 4, дальнейшее движение транспортного средства в таких условиях крайне затруднительно или невозможно.

Для получения такого эффекта достаточным является протяженный от нескольких миллиметров до 2-3 см светофильтр в центральной части линзы или, в другом варианте, светорассеивающая поверхность линзы таких размеров по горизонтали в проекции центрального зрения. Оптимальным является светосигнальный элемент 3 в виде полосы на всю ширину линзы 2 по горизонтали, что позволяет использовать такие элементы в любом диапазоне различий межзрачкового расстояния у человека.

Ширина непосредственно сигнального бинокулярного поля 4 может быть в пределах от величины минимального диаметра зрачка, например в 2 мм, до того размера, при котором возможен обзор дорожного полотна или отдаленной точки только после изменения угла наклона головы, что может соответствовать величине в 8 мм и более. Это определяет возможность и необходимость совершения водителем определенного осознанного действия по выбору того или иного уровня обзора по вертикали как вверх, так и вниз в пределах углового пространства. Это существенно при разной степени засыпания и потери контроля.

Оптимальным, вызывающим необходимость совершения достаточных по силе мышечных действий по изменению угла наклона головы для продолжения движения, является ширина сигнального бинокулярного поля 4 в его центральной части около 6-8 мм. Такой ширины достаточно и для получения светозащитного эффекта при ослеплении фарами встречного автомобиля. Для получения светозащитного эффекта водителю достаточно осознанно наклонить голову вперед.

Расположение нижней границы 5 сигнального бинокулярного поля 4 на уровне 6 линии зрачков или выше в большинстве случаев может достигаться конструктивными особенностями расположения опорных точек носовых упоров 7, шириной моста, углом наклона или длинной носовых упоров 7. При наличии неизбежных анатомических различий, нижняя граница 5 сигнального поля 4 должна проецироваться выше проекционной линии 6, проходящей по средним отделам носовых упоров, которые в основном определяют положение очков на переносье и соответственно, уровни расположения оптических центров линзы. При таком уровне нижних границ 4, даже с учетом возможной коррекции положения очков на переносице водителем, сохраняется необходимость изменения угла наклона головы назад для полноценного обзора. Более точная установка положения оптического устройства возможна только осознанным действием водителя.

Таким образом, использование в оптическом устройстве протяженного сигнального бинокулярного поля 4 в виде широкой затемняющей или светорассеивающей полосы с визуализируемой нижней границей 5 позволяет во время движения автомобиля определять мотивацию или необходимость совершения физического действия водителя, что затрудняет или исключает засыпание водителя в таком состоянии.

Степень затемнения бинокулярного поля 4 или рассеивания при использовании матовых поверхностей может быть различной, от вызывающего субъективную негативную реакцию водителя до непрозрачности светозащитного элемента или невозможности визуальной верификации. Для затемняющих светофильтров оптимальным уровнем является светопропускание в пределах 15- 25%.

Следующим признаком является контрастность сигнального бинокулярного поля 4 с иными оптическими полями по светопропусканию или цвету, степени рассеивания света, что вызвано необходимостью визуализации нижней границы или контура сигнального бинокулярного поля 4, выведенного из поля центрального зрения, с целью постоянного контроля положения головы во время движения по этому значимому оптическому маркеру. Контраст по цвету также позволяет посылать значимый для водителя оптический цветной сигнал. Контраст по цвету может достигаться разной окраской, например черный- красный или по интенсивности света- темный светофильтр и прозрачная оптическая среда или светофильтр и оптическое пространство в виде, например, отверстия, выполняющее функцию оптического поля. Контраст по степени рассеивания света определяется степенью визуализации объектов, где максимальный контраст оптических полей, как правило, достигается в случае невозможности визуализации объектов через матовое оптическое поле. Частично, также из-за светорассеивания, достигается и эффект затемнения.

Следующим существенным признаком является наличие разнесенных на определенную ширину друг от друга по вертикали, в пределах вертикального углового пространства, сверху и снизу от сигнального бинокулярного поля 4 обзорных верхних 8 и нижних 9 оптических полей.

Обзорные оптические поля 8 и 9 могут быть представлены прозрачной оптической средой линзы 2, прозрачным контрастным по светопропусканию или (фиг. 2) слабо окрашенным контрастным светофильтром 10 или представлять фиг. 2) собой обзорное оптическое пространство в виде протяженного отверстия 11 в линзе, протяженной выемки по краю линзы, с максимальными размерами по горизонтали на всю ширину линзы или экрана, а также по форме соответствующего (фиг. 2) форме оптической диафрагмы 12. В последнем варианте устройства нижнее обзорное поле 9 представляет собой оптическую диафрагму 12, ограниченную сверху и снизу оптическими элементами 3 в виде матовой, рассеивающей свет поверхности, а верхнее обзорное поле 8 представлено прозрачной или слабо окрашенной оптической средой линзы 10.

Наличие двух разнесенных на разные уровни обзорных полей 8 и 9 определяют возможность или необходимость осознанного выбора водителем с определенной степенью потери контроля одного из двух разных по направлению движения и физиологической направленности наклонов головы, вперед или назад.

Важным является наличие верхнего сигнального поля 8, так как при критическим наклоне головы вперед, что имеет место при потере контроля, сохраняется видимость дорожного полотна и возникает дополнительно иной цветовой сигнал, например, в случае использования слабо окрашенного верхнего оптического поля 10.

Обзорные верхние оптические поля 8, выполненные в виде контрастных, например, слабо окрашенных в красный цвет оптических сред или светофильтров, предназначены для подачи необычной или экстренной для водителя визуальной информации в случае дальнейшего засыпания и неизбежного дальнейшего наклона головы вперед. Такое резкое изменение цветовой картины представляет собой появление необычного, но значимого для водителя визуального сигнала.

Возможность визуализации обеих обзорных полей при направлении центральной оси зрения на сигнальное бинокулярное поле 4, является также существенным признаком, определяющим возможность совершения осознанных целенаправленных действий водителя по выбору для полноценного обзора верхнего 8 или нижнего обзорного поля 9.

Для сохранения полноценного периферического зрения, боковые границы сигнального бинокулярного поля целесообразно, как вариант, выполнять направленными косо вверх.

Оптическое устройство для предупреждения засыпания водителя за рулем, как вариант, может быть выполнено в виде экрана с вышеуказанными оптическими, контрастными, светопрозрачными полями и иными точками или элементами внешней фиксации, позволяющими синхронно с головой смещать и оптические поля. При этом, устройство в варианте экрана может быть выполнено с одним верхним обзорным оптическим полем 8, а нижняя видимая граница сигнального бинокулярного поля будет представлена нижней границей экрана. В этом случае существенным является та величина углового пространства для центрального зрения, образованного шириной сигнального бинокулярного поля, при которой сохраняется возможность обзора центральным зрением, как верхнего обзорного поля 8, так и свободного пространства ниже нижней границы сигнального бинокулярного поля 4, которое в данном варианте будет свободным обзорным пространством или нижним обзорным полем 9.

Практическое применение таких очков не отличается от принципов использования обычных солнцезащитных очков, светозащитных экранов или очков-антифар, без каких-либо ограничений и особенностей.

Оптическое устройство 1 для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом в виде очков или экранов с оптическими элементами имеет оптические элементы, образующие протяженные по горизонтали оптические поля на разных уровнях, одно из которых выполнено как сигнальное бинокулярное поле 4 в виде широкой, от 2 до 8 мм, полосы светосигнального элемента 3 с прилегающими контрастными относительно сигнального бинокулярного поля 4, разнесенными по вертикали и видимыми в пределах визуализируемого центральным зрением углового пространства, обзорными оптическими полями 8 и 9 из прозрачных сред. Технический результат – предупреждение засыпания водителя автомобиля за рулем во время движения и предупреждение ослепления фарами встречного автомобиля. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1.Оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом в виде очков или экранов с оптическими элементами, образующими оптические поля на разных уровнях линзы, отличающееся тем, что оптические элементы образуют протяженные по горизонтали оптические поля, одно из которых выполнено как сигнальное бинокулярное поле в виде широкой полосы оптического элемента со светозащитным эффектом, с прилегающими контрастными относительно сигнального бинокулярного поля, разнесенными по вертикали и видимыми в пределах визуализируемого центральным зрением углового пространства, обзорными оптическими полями из прозрачных сред.

2. Оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом по п. 1, отличающееся тем, что сигнальное бинокулярное поле представлено затемняющим светофильтром со светопропусканием не более 10-25%, шириной от 2 до 8 мм, где верхние обзорные поля выполнены в виде протяженных отверстий в линзе.

3. Оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом по п. 1, отличающееся тем, что сигнальное бинокулярное поле представлено матовой светорассеивающей поверхностью линзы с прозрачными или слабо окрашенными в красный цвет верхним и прозрачным нижним обзорными полями, с проекцией нижней границы бинокулярного поля выше опорных точек в средней части носовых упоров.

4. Оптическое устройство для предупреждения засыпания за рулем со светозащитным эффектом по п. 1, отличающееся тем, нижнее обзорное поле выполнено как оптическая диафрагма, ограниченная сверху и снизу оптическими элементами в виде матовой, рассеивающей свет поверхности, а верхнее обзорное поле представлено прозрачной оптической средой линзы.