具有自適應透射率的太陽眼鏡的製作方法
2023-09-12 02:09:45
專利名稱：具有自適應透射率的太陽眼鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽眼鏡的改進。
背景技術：
按照常規，眼鏡用戶在明亮的太陽光中需要採取下列措施之一換上等同配鏡(prescription)的有色玻璃的眼鏡、使用在平常佩戴的眼鏡上用夾子夾住的有色透鏡、使用所謂對光反應的配鏡眼鏡、或者忍受強光刺激。這些解決方案中的大多數都是很不方便的，即使是對光反應的眼鏡也是如此，因為在環境發光條件從亮到暗突然變化時(例如，眼鏡佩戴者進入室內或者在駕車時進入一個隧道時)，都可能包括一個延遲，在這期間眼鏡佩戴者都必須等待透鏡改變著色。
發明內容
因此，本發明的實施例的一個目的是針對上述的常規解決方案提供一個替換方案。
按照本發明的一個方面，提供一對太陽眼鏡，其特徵在於所說的太陽眼鏡包括至少一個電溼潤透鏡，其中加入光透射性質不同的第一和第二不能混合的流體，第一種流體與第二種流體相比是較好的光透射體，其中在電溼潤透鏡的第一和第二電極之間的電場強度的變化使第一種和第二種流體之間的邊界的形狀從第一狀態變為第二狀態，在所說第一狀態，第二種流體在透鏡的內表面的基本上整個透光區域上形成一層，並且光透射是處在減少最多的狀態，在所說第二狀態，光透射是最大的。
與常規的太陽眼鏡相比，如以上所述構成的太陽眼鏡的優點是，通過改變電位差提供的兩狀態性質提供了一種可以按照用戶的心願隨意改變太陽眼鏡的阻光度的方便方式，不一定非要在環境光或其它條件下的控制下才改變太陽眼鏡的阻光度。
優選地，在第二狀態，第二種流體被限制於透鏡的周邊區。
第一和第二種流體最好具有基本上相同的折射率和比重，這是有益的，因為改變這兩種流體之間邊界條件將不會改變光學透鏡的強度。
優選地，所說透鏡包括透明的後壁和透明的前壁，在它們之間確定一個空腔，在空腔內限定第一和第二種流體。
在第一優選實施例中，透鏡的第一和第二電極包括在後壁的內表面的一個區域形成的一個後電極和在前壁的內部周邊附近延伸的一個環形電極。在此第一實施例中，對於電極之間的電位差的漸進變化進行安排，以便可以漸進地改變邊界的形狀，在第一和第二狀態之間提供漸進的改變。
在第一優選實施例中，透鏡的自然狀態是第一狀態(最小的光透射)，在第一狀態，在透鏡的電極之間沒加任何電位差。
在第一優選安排中，前壁的內部區域最好是疏水的或者塗敷一個疏水層，而環形電極也是疏水隔離的，並且在第一狀態，第一種流體是最靠近前壁的流體，而第二種流體是具有最靠近後壁的邊界的流體。在第一優選安排中，第一種流體最好是一種透明油，而第二種流體是著色的導電和/或極性流體，優選的是著色的水。
在第二優選安排中，透鏡的自然狀態是第二狀態(最大的光透射)，在這一狀態，在透鏡的電極之間沒加任何電位差。
在第二優選安排中，在環形電極上形成一個疏水隔離層，並且，前壁最好是疏水的或者塗敷一個疏水層。在這裡，第一種流體是最靠近後壁的流體，而第二種流體是具有最靠近前壁的邊界的流體。在第二優選安排中，第一種流體最好是一種透明的導電和/或極化的流體，如水，而第二種流體是著色的非導電流體，如著色的油。在這裡，通過改變電極之間的電位差，可以連續地改變透鏡的光路傳輸部分。
選擇具有指定的明亮或黑暗的自然狀態的適當的透鏡結構，使用戶可以決定是選擇一副常亮的眼鏡還是選擇一副常暗的眼鏡，而且，按照預期的主要使用理由選擇合適的結構為延長電池壽命提供了可能性。
在另一個優選實施例中，疏水的隔離層是在後壁的內部區域上形成的並且還在透明的後電極上形成，第一種流體是具有最靠近前壁的邊界的流體，而第二種流體是具有最靠近後壁的邊界的流體。在這裡，第一種流體最好是一種透明的極化和/或導電的流體，如水，而第二種流體是著色的油。
優選地，對於前壁的曲率、後壁的曲率、以及第一和第二種流體的折射率進行安排，以便可以對於佩戴者的視覺缺陷進行校正。在可變換的太陽眼鏡中，這種校正型的透鏡使具有眼睛缺陷的用戶只需要一副眼鏡，這副眼鏡還可以作為太陽眼鏡使用，這樣就不再需要更換眼鏡了。
為了改變加在第一和第二電極的對之間的電場，可以提供手動的和/或自動的調節裝置。手動調節允許用戶完全自由地選擇，而自動模式允許用戶的太陽眼鏡能夠自適應到預先設定的狀態(如環境光的水平)或者按照預先編程的條件進行變化。
使電極透明同時使電極可在許多安排中任意選擇，這在電極定位中提供了極大的自由度，可使電極定位在透鏡的光路中而對於光的透射沒有另外的限制。
為了更好地理解本發明，並且為了表明本發明是如何實施的，現在藉助於實例並參照示意的附圖，其中圖1A和1B示意地表示用在太陽眼鏡中的透鏡的第一實施例，所說太陽眼鏡中透射光的水平可以按照眼鏡佩戴者的選擇改變；圖1C表示與圖1A和1B的透鏡類似的一個實施例，但是在這個實施例中，所說透鏡包含的第一和第二種流體的相對數量組分和布局是不同的；圖2是說明用在太陽眼鏡中的透鏡的另一個實施例的結構的示意圖，所說太陽眼鏡中透射光的水平可以按照眼鏡佩戴者的選擇改變；圖3和圖4說明應用到圖2的透鏡中的「電溼潤」的原理；圖5表示一副太陽眼鏡，其中可實施圖1或圖2的透鏡。
具體實施例方式
現在參照附圖1A，形成按照本發明的太陽眼鏡的一部分的透鏡的第一實施例包括透明的後壁110、透明的前壁120、在後壁的內部表面的一個區域內形成的後電極160、圍繞前壁120的內周邊延伸的環形電極150、在環形電極150上形成的並且最好覆蓋前壁120的內部區域的疏水隔離層130，在透明的後壁110和透明的前壁120之間確定的一個空腔140。優選地但並不是必要地，所說電極由透明材形成。
空腔140填充有第一和第二種流體，在圖1中示出了一個彎月形線M，代表第一和第二種流體之間的邊界。在這裡，第二種流體是距後壁110最近的流體，第一種流體是具有距前壁120最近的邊界的流體。
流體是可以響應任何作用力改變它的形狀的物質，流體具有流動的趨勢或與它所在的室的輪廓保持一致的趨勢，流體包括氣體、蒸氣、液體、和能夠流動的固體和液體的混合物。
所說第一和第二種流體是不可混合的，並且具有基本上相同的折射率和比重，但具有不同的光透射性。
第二種流體是有色的導電電解液，第一種流體是透明的油。在這裡，導電電解液最好是水/酒精混合物，其中加入一些鹽，第二種流體是一種油。兩種流體的折射率最好約為1.38，比重約為0.85。在這種情況下，使用酒精來減小水的密度以匹配油的密度。然而，通過加入例如CCl4還可以增加油的密度以匹配鹽溶液的密度。現在參照附圖1A和1B中的每一個，討論加入上述類型透鏡的太陽眼鏡的操作原理。
圖1A說明可變換的太陽眼鏡的第一狀態，其中對於光的透射進行了限制。詳細地說，可以看出，在圖1A中，在電極上沒有加任何電壓，包括矽油的第一種流體和包括有色導電電解液的第二種流體具有一個由彎月面M限定的自然邊界水平，它形成一個基本上球形的表面，這個表面的曲率半徑基本上由第二種流體的體積、流體和形成空腔的壁之間的界面張力來確定。
現在參照附圖1B，圖中所示的情況是，在兩個電極150、160之間加上足夠大的電壓，以使極化的和/或導電的流體(由有色的水形成的電解液)被吸引到環形電極並且使後壁的中央區變空(即，從光路上是透明的(clear))。在兩個電極之間施加電場，以及第二種流體是導電的這一事實，使第二種流體有效地被吸引到環形電極150，從而可以改變彎月面層M和傾斜的前壁120之間的有效接觸角度。隨著電位差的增加，情況變為圖1B中所示的，其中彎月面層M的曲率應該使第二種流體被限制在透鏡100的邊緣周圍的周邊區域。
在上述討論中，必須牢記，與第一種流體相比，第二種流體的光透射性較小。因此，在如圖1A所示情況下表示的是最小透光狀態，而在如圖1B所示的情況下表示的是通過透鏡的最大透光狀態。應該認識到，從圖1A所示的狀態變到如圖1B所示的狀態是一種漸進的變化，中間的電位差將產生光路的透明程度的中間水平，因此產生光透射的中間水平。以此方式，在兩個電極150、160之間施加電壓差，可以提供用在太陽眼鏡中的可漸進變換的透鏡。
雖然描述的情況是通過增加電極之間的電位差可以達到第二狀態，但是相反的情況也是可能的。在圖1C中，第一種流體是距後壁110最近的流體，第二種流體是具有距前壁120的最近邊界的流體。第一種流體是導電電解液，第二種流體是有色的油。在這裡，導電電解液最好是加入鹽的水/酒精混合物，第二種流體是有色的矽油。這兩種流體的折射率最好約為1.38，比重為0.85。在這種情況下，兩種流體的相對數量是不同的，只提供一個薄層的有色的油。在這裡，在沒有施加電位差的情況下的初始接觸角應該是這樣的彎月面M也與前壁的中心接觸，如圖1C所示。在這個(自然的)第二狀態，通過將第二種流體限定在疏水的透鏡周邊區域來保證最大的透光性，其中的環形電極150也有疏水塗層。增加在兩個電極150、160之間的電位差將使形成第一種流體的電解質吸向環形電極150，並且將第二種流體從周邊區域移動到透鏡的中央區，因而可以得到與圖1A中所示相似的結果，在圖1A中，沿光路限制光的透射(第一狀態)。
現在參照附圖2，圖2中表示的是透鏡100的另一個實施例，它包括透明的後壁110、透明的前壁120、在後壁110的內部表面的中央區域形成的透明後電極160、在後電極160上形成的並且在後壁110上延伸到它的周邊的疏水隔離層130、和電極150，在透明的後壁110和透明的前壁120之間限定了一個空腔140，電極150可以是直接接觸第一種流體的單個電極並且最好是透明的或者放在視野之外。透明的後電極160可以是單個電極，或者可以是由可以單獨尋址的多個電極形成。
空腔140填充有第一和第二種流體，在圖2中示出了一個彎月形的線M，代表第一和第二種流體之間的邊界。在這裡，第一種流體是距前壁120最近的流體，第二種流體是具有距前壁120最近的邊界的流體。
所說第一和第二種流體是不可混合的，並且具有基本上相同的折射率和比重，但具有不同的光透射性。
第一種流體是導電電解液，第二種流體是有色的油。在這裡，導電電解液最好是水/酒精混合物，其中加入一些鹽，第二種流體是著色的矽油。兩種流體的折射率最好約為1.38，比重約為0.85。現在參照附圖3和4討論按照如圖2所示的實施例的太陽眼鏡的操作原理。
圖3說明可變換的太陽眼鏡的第一狀態，其中的光透射受到了限制。詳細地說，可以看出，在圖3中，沒有任何電壓加到電極上，圖3中表示出後透明電極160、在透明電極160上形成的疏水的電隔離塗層130、著色的油層0、和加鹽的水電解液W，加鹽的水電解液W與環形電極150接觸(未示出)。在這裡，因為沒有電壓加在電極150、160之間，油0在疏水隔離層130上形成一個均勻的膜。
圖3中所示的實體箭頭代表如下的事實光的透射因為光須通過較低的光透射率的油層0而減小。現在參照附圖4，圖4表示的是在兩個電極之間加上了一個電位差的情況。
通過在兩個電極之間加上一個電壓，電溼潤效應通過電解液W增加了疏水隔離層130的溼潤性，因為從電極150排斥出的電解液W中的自由電荷被吸向電極160，因而使電解液W被吸向電極160。如果所加電壓足夠大，則電解液W被迫與疏水隔離層130接觸，並且將油0移向一邊，產生如圖4所示的狀態，其中的油遠離光軸。除去電極150、160上的電壓，使可變換的光學元件1返回到圖3的安排。
如以上所討論的，在兩個電極之間施加的電位差有效地推動油層，使油層離開由透明電極160覆蓋的區域，移動到透鏡的周邊。有益的作法是，被推動的油到達的區域包括可以安裝透鏡的眼鏡的框架區域。向框架移動具有較低光透射率的油層，使透鏡的中央區無塗層，因此可以通過較多的光，正如通過在圖4中所示的實線和非實現的箭頭示意地表示的那樣。因此，這種類型的透鏡安排是在接通狀態和斷開狀態之間不連續切換的。
可以採取一系列措施來保證油以可預期的和可重複的方式離開光軸移動，這些措施可以與上述的實施例組合起來。例如，改變透鏡內表面的可溼潤性可以提供一種常規的技術，用於控制在響應所加的電壓時油移動的方向。
例如，可以將後電極160分割成一系列可獨立尋址的直線部分。通過依次向這些可獨立尋址的直線部分施加電壓，可以依次增加這些部分上方的疏水隔離層130的可溼潤性，由此可以控制啟動油移動位置，以及在隔離層130上油移動的隨後的方向。這些技術可以在提供電壓的直線部分的下方產生有恆定大小的增加可溼潤性的移動區域。
按照另一種方式，可以對於這些可獨立尋址的直線部分按照順序供電並且維持這個電壓，以便在多個施加電壓的直線部分的下方提供增加可溼潤性的擴展區域。分割成多個電極的作法可以實現使眼鏡的上部變暗的選項，例如，可以保持眼睛出來的陽光少而在水平路徑上不會減小透射性。這一功能可以與車中的遮光屏或車風擋的著色上部相比擬。
可以使用其它的電極組合來控制油的移動。例如，可以使用一系列可獨立尋址的同心環形電極，通過從最裡邊的電極開始向每個電極依次施加電壓來控制運離它們的公共中心的所說移動。在另一個例子中，可以使用在接觸層下方具有一個非導電區的電極。在這種情況下，油趨向聚集在非導電區上方的這個區域。
作為通過施加不同的電極電壓來控制接觸層的可溼潤性的一個可替換的方案，例如通過提供相對較小疏水性的部分，可以改變所說元件兩邊的接觸層的固有的可溼潤性。在這種情況下，油響應於加到電極上的電壓產生的移動將從相對較小疏水性的區域開始。
流體室的側壁可以塗敷疏水的或者親水的材料，以使在側壁和油/水之間的界面張力的變化可以保證所說的油在響應所加的電極電壓時會向特定的方向移動。
作為改變流體室的內部表面的可溼潤性的另外的措施，可使接觸層的厚度或介電性質在所說元件的兩邊有一個預先確定的分布，從而在響應所加的電極電壓時可以在不同的區域得到不同的電場強度。例如，在接觸層較薄的區域，水和電極相對地靠得很近，可以產生較大的電場。油的移動是從電場較大的區域開始的，因為在這個區域的可溼潤性增加了。例如，可以使用一個疏水的隔離層130，隔離層130的第一凹面與後電極160接觸，隔離層130的第二個大體上平面的表面與油接觸。在這種情況下，隔離層130的最薄部分上方的油層可能會首先移動，油的移動就從這個區域漸進開始。
改變隔離層130的可溼潤性的下一項技術是提供從隔離層130突出的一個突起。對於所說突起進行安排，以便在沒有向電極施加電壓時所說突起從油層突出出來並且直接與水連通。突起的表面對於水的可利用性給所說的水提供一個起始點，當電壓加到所說電極上時，水就會從這個起始點開始很容易地移動所說的油。此外，所說突起在從油層突出的區域可以塗敷一個親水的塗層。通過從油層突出的區域中的水增加了突起的可溼潤性，這將趨向增加突起效果。
在上述的每一種透鏡安排中，在斷開狀態與水接觸的流體空腔的內壁最好是親水的。以此方式，水保持在油的兩個主體部分之間，並且阻止油的兩個主體離開元件的極限位置的移動。
現在參照附圖5，其中表示一副太陽眼鏡眼鏡200，其中包括以上所述的類型之一的透鏡。眼鏡200包括透鏡100A、100B、鏡框210、鏡腿220、調節按鈕230、電池盒240。在這裡，圖中所示的調節按鈕230和電池盒240安裝在框架的橋接部分的中央。
包含在電池盒240中的電池經過調節按鈕240連接到每個透鏡100A、100B的電極150、160上。在這裡，調節按鈕240最好可以控制一個可變電阻器，所說可變電阻器安排成可以調節加在透鏡100A、100B的電極對150、160之間的電壓(即，電位差)。
在圖5所示的結構中，在靠近鏡框210的透鏡周邊可以觀察到一個黑色圓環250。這個黑色圓環250代表的是針對圖3中描述的狀態下的油層0。換言之，圖4表示的是允許最大的光透射的狀態下的太陽眼鏡。應該認識到，透鏡100A、100B的電極150、160之間的電位差在這一點是最大的。當調節控制按鈕230以減小相應電極150、160之間的電位差時，油層回到如圖1A或圖3所示的均勻薄膜狀態。在這一點，透鏡100A、100B外部周圍的黑色圓環將要消失，並且減小了透鏡100A、100B的中央區的光透射。
應該認識到，雖然在以上的討論中已考慮著色的油，但對於透鏡的可變的光透射特性，並不一定要進行這樣的著色。的確，可以適當地選擇油(或任何其它的第二種流體)的顏色，並且可以提供這種顏色，以便給出眼鏡的「設計人員」的觸覺。的確，可以針對時髦的項目安排所說的眼鏡，以使第一種流體和第二種流體具有不同的顏色，並且，調節按鈕230的調節將可以改變眼鏡對於旁觀者出現的狀態，並且還可改變眼鏡佩戴者顯示的視野的顏色。可以選擇由雙重顏色給出的效果的任何組合。例如，第一種流體可以具有綠色色彩，第二種流體可以具有紅色色彩。
應該認識到，通過成形前壁和後壁110、120，並且通過包含在它們當中的兩種流體的折射率，可以確定透鏡的強度(在視力缺陷的校正方面)。為了避免出現當調節透射率時的焦點變化，兩種流體必須具有基本上相同的折射率。
還應該理解，雖然已經描述了藉助於調節器的太陽眼鏡手動調節，但還可以提供自動操作。例如，如果期望按照環境照明狀態改變著色，則可以使用光電元件如光敏電阻器來代替手動可變電阻器。可以提供附加的控制元件來完成對於太陽眼鏡的這種自動控制。還可以提供其它的自動裝置來給出非環境光敏特性。例如，可以提供可編程的用戶模式，來提供對於眼鏡的時間相關變化。
本領域的普通技術人員應該認識到，在不偏離本發明的範圍的條件下，對於本發明的許多其它變化也是可能的。
權利要求
1.一副太陽眼鏡，其特徵在於所說的太陽眼鏡包括至少一個電溼潤透鏡，其中加入光透射性質不同的第一和第二不能混合的流體，第一種流體與第二種流體相比是較好的光透射體，其中在每一電溼潤透鏡的第一和第二電極之間的電位差的變化使第一種和第二種流體之間的邊界的形狀從第一狀態變為第二狀態，在所說第一狀態，第二種流體在透鏡的內表面的基本上整個透光區域上形成一層，並且光透射是處在減少最多的狀態，在所說第二狀態，光透射是最大的。
2.權利要求1的太陽眼鏡，其中在第二狀態，將第二種流體限制在透鏡的周邊區域。
3.權利要求1或2的太陽眼鏡，其中所說的透鏡包括透明的後壁(110)和透明的前壁(120)，在透明的後壁(110)和透明的前壁(120)之間限定了一個空腔(140)，在空腔中限制第一和第二種流體。
4.權利要求3的太陽眼鏡，其中透鏡的第一和第二電極包括在後壁的內表面的一個區域形成的一個後電極(160)和在前壁(120)的內部周邊附近延伸的一個環形電極(150)。
5.權利要求4的太陽眼鏡，其中前壁(120)的內部區域最好是疏水的或者塗敷一個疏水層(130)，而環形電極(150)也是疏水隔離的。
6.任何前述權利要求的太陽眼鏡，其中透鏡的自然狀態是第一狀態，在第一狀態，在透鏡的電極之間沒加任何電位差。
7.權利要求6的太陽眼鏡，其中第一種流體是最靠近前壁的流體，而第二種流體是具有最靠近後壁的邊界的流體。
8.權利要求6或7的太陽眼鏡，其中第一種流體是一種透明的不導電的流體，而第二種流體是著色的導電和/或極性流體。
9.權利要求1-5中任何一個所述的太陽眼鏡，其中透鏡的自然狀態是第二狀態，在這一狀態，在透鏡的電極之間沒加任何電位差。
10.權利要求9的太陽眼鏡，其中第一種流體是最靠近後壁的流體，而第二種流體是具有最靠近前壁的邊界的流體。
11.權利要求10的太陽眼鏡，其中第一種流體是一種透明的導電和/或極化的流體，而第二種流體是著色的非導電流體。
12.權利要求10或11的太陽眼鏡，其中通過改變電極之間的電位差，可以連續地改變透鏡的光路區域內第二種流體的厚度。
13.任何前述權利要求的太陽眼鏡，其中對於電極之間電位差的漸進變化進行安排，以便可以漸進地改變所說邊界的形狀，在第一和第二狀態之間提供漸進的變化。
14.權利要求1-3中任何一個所述的太陽眼鏡，其中在後壁(110)的內部區域上，並且還在透明的後電極(160)上，形成一個疏水的隔離層(130)。
15.權利要求14的太陽眼鏡，其中第一種流體是在第一狀態具有最靠近前壁(120)的邊界的流體，而第二種流體是具有最靠近後壁(110)的邊界的流體。
16.權利要求15的太陽眼鏡，其中第一種流體是一種透明的極化和/或導電的流體，而第二種流體是著色的不導電流體。
17.權利要求16太陽眼鏡，其中在電極之間施加一個電位差，使第二種流體被推向透鏡的側邊區域。
18.任何前述權利要求的太陽眼鏡，其中對於前壁(120)的曲率、後壁(110)的曲率、和第一和第二種流體的折射率進行安排，以便可以對眼鏡佩戴者的視覺缺陷進行校正。
19.任何前述權利要求的太陽眼鏡，其中提供手動調節裝置，以便改變加在多對第一和第二電極之間的電位差。
20.任何前述權利要求的太陽眼鏡，其中提供自動調節裝置，以便改變加在第一對和第二對電極之間的電位差。
21.任何前述權利要求的太陽眼鏡，其中第一和第二種流體具有基本上相同的折射率和比重。
22.電溼潤透鏡，其中加入光透射性質不同的第一和第二不能混合的流體，第一種流體與第二種流體相比是較好的光透射體，其中在每一電溼潤透鏡的第一和第二電極之間的電位差的變化使第一種和第二種流體之間的邊界的形狀從第一狀態變為第二狀態，在所說第一狀態，第二種流體在透鏡的內表面的基本上整個透光區域上形成一層，並且光透射是處在減少最多的狀態，在所說第二狀態，光透射是最大的。
全文摘要
本發明涉及太陽眼鏡的改進。具體來說公開了一副太陽眼鏡，所說的太陽眼鏡包括至少一個電溼潤透鏡(100A、100B)，其中加入光透射性質不同的第一和第二不能混合的流體，第一種流體與第二種流體相比是較好的光透射體，其中在每一電溼潤透鏡的第一和第二電極之間的電場強度的變化使第一種和第二種流體之間的邊界的形狀從第一狀態變為第二狀態，在所說第一狀態，第二種流體在透鏡的基本上整個內表面上形成一層，在所說第二狀態，第二種流體被限制在透鏡的周邊區域。
文檔編號G02B26/02GK1820221SQ200480019597
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月1日 優先權日2003年7月8日
發明者B·H·W·亨德裡克斯, S·凱帕 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司