液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法及控制裝置的製作方法

2023-06-01 00:19:06

專利名稱：液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法及控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽鏡，體涉及一種用於液晶太陽鏡自動變色的控制方 法及控制裝置。
背景技術：
液晶太陽鏡可以通過改變加在液晶鏡片上的電壓改變鏡片的光透過率， 現有技術中有一些液晶眼鏡，將液晶鏡片劃分為多個相鄰的液晶條塊，並順 著一個方向排列，對每一個液晶條塊施加不同的電壓，鏡片上可以出現不同 明暗區域層的陰影效果。這類鏡片相鄰條塊之間光的透過率的差異是固定不 變的，沒有自動調整的功能，所以不能適應入射光方向的改變，此外這類鏡 片的平均光透過率也不能隨周圍環境的平均光照度自動變化。也有一些液晶眼鏡設計，通過兩維控制的柵格條塊，動態地遮擋某一個 區域的入射光。這些眼鏡控制方式複雜，設計要通過較大、較重、昂貴的電 子控制裝置來實現其功能，由於實用性較差，至今未見其商品化發明內容本發明要解決的技術問題是克服上述不足，提供一種液晶太陽鏡分區明 暗自動變色的控制方法及控制裝置，這種方法及裝置可以使液晶鏡片對光的 透過率及明暗變色區的分布自動隨入射光的角度和環境光照度的變化而改 變，而且具有控制方式簡單、結構簡單，體積小的優點。為解決上述問題，本發明方法包含下述內容a、將液晶鏡片劃分成若干縱向分布、相互平行的水平向液晶條塊，將 若干液晶條塊位於同一側的所有電極電連接作為公共電極，該公共電極與控5制器公共電極端電連接，將若干液晶條塊位於另一側的電極分別作為獨立的 控制電極，分別與控制器的對應控制輸出端電連接，由該控制輸出端的輸出 電壓控制對應液晶條塊的透光率；b、向控制器輸入外界平均光照度的傳感信號，控制器根據該平均光照 度傳感信號輸出平均控制電壓，施加到所有液晶條塊上，控制整個液晶鏡片 的平均光透過率，平均光照度越強，輸出的平均控制電壓越高，反之就越C、用角度傳感器測出強光源與人眼連線在液晶鏡片上的相對入射角， 根據該入射角選定強光源同人眼連線與液晶鏡片交點所在的液晶條塊，作為 遮光條塊；d、控制器提高對該遮光條塊的控制電壓，使該遮光條塊成為遮光暗區。本發明方法的進一步方案包含下述內容控制器選定強光源同人眼連線與液晶鏡片交點所在的液晶條塊及與其相 鄰的一條或數條液晶條塊共同作為所述的遮光條塊，並提高對這些遮光條塊 的控制電壓，使這些遮光條塊成為黑區。本發明方法進一步的又一方案是所述加在液晶條塊上的控制電壓是頻 率相同、佔空比相同的交變電壓，通過調節其佔空比、或幅值、或相位移調 節控制電壓的有效值。本發明方法的再進一步方案包含下述內容控制器輸出的控制電壓是向所有液晶條塊控制電極和公共電極分別施 加一頻率相同、佔空比相同的交變電壓，通過調節加在兩電極上交變電壓的 相位差調節加在液晶條塊上交流電壓有效值的大小，當控制器根據外界強光 角度選好需要變黑的中心遮光條塊後，使向該中心遮光條塊控制電極施加的交變電壓產生相對於加在公共電極上交變電壓的相位移，該相位移使加在中 心遮光條塊上的有效電壓值提高，形成遮光黑區。本發明裝置為(參見實施例圖l):設有控制器和液晶鏡片，所述液晶 鏡片兩面分別附有一層導電透光膜，其中，有一面的導電透光膜是縱向平行 分布的若干水平嚮導電透光膜條塊，分別構成若干液晶條塊的獨立控制電 極，各液晶條塊的控制電極分別與控制器對應的控制輸出管腳電連接，附著 在另一面的導電透光膜覆蓋了該液晶鏡片的整個區域，構成若干液晶條塊的 公共電極，並連接到控制器的公共電極管腳上，所述的控制器輸入端接有光 照傳感器和光角度傳感器。本發明液晶鏡被分割成若干相互平行的水平向的條塊區，每一條塊區的 透光率由加在公共電極和該條塊控制電極上的電壓決定，戴上採用了本發明 的太陽鏡後，人眼與鏡片就建立了相對不變的坐標，角度傳感器測出強光源 對人眼的視角後，可向鏡片上相對這一視角的一條或幾條液晶條塊施加高電 壓，自動形成對這一視角強光源的光遮擋，而且不影響對其它區域的視線， 而整個鏡片的透光率則通過檢測到的外界平均光照而加在所有液晶條塊上的 平均控制電壓進行控制環境平均光照小，加在所有條塊上的平均控制電壓 就低，整個液晶鏡片的光透過率就高，環境平均光照高，加在所有條塊上的 平均控制電壓就高，整個液晶鏡片的光透過率就相對降低。本發明將液晶鏡面劃分成"條陣"的形式，這樣只需用角度傳感器檢 測出強光源在垂直方向上相對鏡片的不同視角，即可通過在與該視角對應的 鏡片上自動產生水平向的黑條區而將強光源有效遮擋，加之對整個鏡片施加 的平均控制電壓，可以使液晶鏡片整體對光的透過率及明暗變色區的分布自 動隨環境光照度和強入射光角度的的變化而改變，而且具有結構簡單，體積 小、成本低的優點，為產品的商品化創造了條件。


圖l、本發明裝置實施例結構示意2、本發明實施例選擇液晶鏡片上某一視角遮光液晶條塊的操作示意圖 圖3、用本發明方法實施例向鏡片上不同液晶條塊加載控制電壓的波形4、本發明方法實施例的控制程序流程5、根據入射角度e選定需遮擋的液晶條塊的示意6、角度傳感器與被測入射光的相對關係7、液晶鏡片的光入射角與(Ia-Ib) / (Ia+Ib)之間的特徵曲線具體實施方式
參見圖l本例的結構示意圖。液晶鏡片設有若干上下向分布、相互平行的水平向液晶條塊； 控制器採用微處理器MSP430F2234型號的數字集成的CPU晶片，該晶片焊接在印刷電路板上，通過印刷電路板與其它部件電連接。CPU晶片輸入端接有角度傳感器和光照傳感器，其多個輸出控制管腳分別與液晶鏡片上的各液晶條塊的控制電極電連接，其公共電極管腳與各液晶條塊的公共電極電連接，太陽能電池通過印刷電路板向所述CPU晶片、角度傳感器和光照傳感器供電。該微處理器含兩個運算放大器，可以直接測量角度傳感器中光敏二級管的電流，從而縮小電路板的尺寸。還有其它種類的微型處理器可以作為適合的替代品，使用運算放大器並不必需。為了將從光角度傳感器中光敏二級管測量的光照度以適當的數值範圍反映給模數轉換器，考慮到此應用中光源是在一個動態範圍裡變化，故需選用一個決定運算放大器增益的反饋電阻器，這個電阻器可以是不變的，也可以是通過電位計可調節的。電池應能提供足夠的電壓來啟動微型控制器和液晶顯示屏，本例採用了太陽能電池，附帶或不附帶調壓器均可，也可以利用光照傳感器或光角度傳感器光電轉換產生的電能代替。液晶鏡片，其透過率是所施加電壓的函數，本例鏡片的鏡面為平面形， 鏡片採用正性TN—液晶，液晶鏡片上附著有設置了多個管腳的連接器，所述 鏡片兩面的玻璃片各自的內側都有一層導電透光膜，其中，有一面的導電透 光膜覆蓋了鏡片的整個區域，構成公共電極，並電連接到連接器的一個公共 管腳上，另一面的導電透光膜分成許多水平條塊，排列為一個縱向組合，橫 向延伸到該液晶鏡片的同樣或接近的寬度，分別構成對應液晶條塊的控制電 極，每一個液晶條塊的控制電極連接到所述連接器上的一個單獨的管腳，各 液晶條塊的電極通過連接器管腳與控制器電連接。所述的若干液晶條塊縱向緊密排列，其下部條塊的縱向寬度遠大於上部 條塊的縱向寬度。液晶條塊縱向寬度的大小會影響角度的解析度，縱向寬度 越小，角度解析度越高，反之越低，而通常液晶鏡片需要遮擋的部位在上 方，所以上部條塊的寬度小，下部的寬一些，這樣可減少控制器所需設置輸 出管腳的數量，也減少了不必要的運算量。該鏡片上每一個水平液晶條塊對太陽光的透過率與加在控制電極上的控 制電壓有關當控制電壓低於設定的鏡片工作電壓閾值時，相對於該水平條 塊的子區域在空間各點的透過率不變；當控制電壓高於設定的鏡片工作電壓閾值時，該子區域的透過率下降。當交流電壓加到一個條塊上，並且電壓大 到可以啟動液晶顯示屏，則通過光-電作用的影響，液晶顯示屏上會出現一 個水平的條紋。當同樣的電壓加到其它條塊上，在同一時間會有多於一個的條紋被啟動。本例使用的液晶鏡面是STN-黃/綠型，其它如TN型、STN-灰型、FSTN型 也同樣適用，這些液晶顯示屏的結構和製造眾所周知。參見圖6，本例的光角度傳感器和光照度傳感器是採用了一個包括光角 度探測器和光照度傳感器的組合光感應器，該光電傳感器單元在同一平面的 上下部分別設有一個光電管PA和PB，兩光電管中間設有一與該平面垂直的遮 光板，構成兩個測光部，兩個測光部的光電流輸出端通過印刷電路板與CPU晶片輸入端電連接。該光電傳感器單元裝在太陽鏡上後，其法線與液晶鏡片的法線重合，當 入射光垂直入射到該光電傳感單元上時，兩個光電管的感光面積相同，檢測的光電流Ia與Ib相等，當入射光以與法線呈一定角度e入射時，在遮光板的 影響下，兩個光電管的有效感光面積不相等，光電流Ia、 Ib也不相等，本傳 感器形成(Ia-Ib) / (Ia+Ib)的量與入射角e成正比，故構成角度傳感信 號，CPU晶片計算此量即可求得入射光角度6 ，而(la+lb)的值則正比於太 陽光的照度，構成光照傳感信號；CPU晶片計算此量即可求出平均光照度。 該傳感器的最大檢測角度為正負50度。本例採用Hamamatsu Photonics公司提供的零件號是S6560產品作為上述 光角度傳感器和光照度傳感器。上述傳感器的替代手段可以是任何其它光電探測器的組合，如果能夠 感應到光照強度和入射角度，也可以用作角度探測器和光照度感應器，兩個 能感應可見光和紫外線的光敏二級管，其組合可以作為S6560探測器的替代 品。 一個對方位感應靈敏的探測器可以替代角度探測器和光照度傳感器中的 兩個光敏二級管。運算放大器可將每一個電流信號轉換為電壓信號，微型控 制器中的模數轉換器將所有模擬信號轉換為數位訊號，光源的方向和光照的 強度因此而被計算出來。另一個選擇是，通過每個光敏二極體的電壓可以直 接測量得出，而不需要這樣的電流和電壓的轉換。角度探測器也可以被手動 調節控制裝置如電位計所替代。參見圖5根據入射角度e選定需要遮光的液晶條塊的示意圖 將上述角度和光照傳感器和液晶鏡片裝在太陽鏡上，使傳感器法線與眼 鏡片法線重合，人眼戴上該太陽鏡後，人眼與液晶鏡片和傳感器之間就形成 相對不變的坐標，此時人眼的每一視角線都對應鏡片上的一個固定液晶條 塊。CPU晶片根據傳感器信號(Ia-Ib) / (Ia+Ib)的值計算出強光源與人眼連線在鏡片上相對於法線的入射角度e後，即可選定與該e角視線對應的液晶條塊n。如圖5所示人眼到鏡片的距離為L，鏡片上條塊的寬度為W，鏡片上共用N個條塊，第n個條塊與法線方向的夾角為e ，所以CPU晶片即可根據角度 6，計算得到n，該條塊就是應該進行光遮擋的液晶條塊。圖7是液晶鏡片的光入射角特徵曲線按該曲線，即可根據角度傳感信 號值(la-Ib) / (Ia+Ib)計算出強光入射角9 。CPU晶片選定了需要進行光遮擋的液晶條塊n後，即向該條塊施加可使其 黑屏的控制電壓。給液晶顯示屏加直流電壓會導致離子移動，減低液晶顯示屏的壽命，故本例對各液晶條塊加載的是交流控制信號。液晶條塊上的交變控制電壓還可通過調佔空比、調幅等方法實現。 圖3是本例CPU晶片向各液晶條塊施加控制電壓的波形圖，加載在各電極上的電壓信號是頻率、佔空比、輻值相同的方波信號，該圖展示了加載在鏡片中各單獨電極上的信號時序。波形a是加載在所有液晶條塊共享的公共極上的信號波形。 加載b波形的條塊相對于波形a沒有相移，其控制電極上的電壓與公共極上的電壓沒有差異，故有效電壓值為O (見a+b波形)，因而該條塊不會呈現透過率的減弱。加載c波形的條塊相對于波形a存在最大相差，其控制電極上的電壓與公 共極上的電壓有180度相移，故有效電壓值達到最大(見a+c波形)，當該交 流控制電壓足夠大，即可使加載該電壓的液晶條塊成為黑區，達到光遮擋的 效果。同樣道理，控制器向所有液晶條塊施加所述平均控制電壓時，通過使向 所有液晶條塊控制電極施加的交變電壓產生相對於公共電極上交變電壓的相 位移來改變加在所有液晶條塊上的有效電壓值，平均光照度升高時，產生的 相位移增大，使有效電壓值提高，平均光照度降低時，產生的相位移減小， 使有效電壓值降低。上述僅是列舉了一種電壓驅動波形，這種方波信號易於通過對直流信號 的"開""關"控制產生，當然也可採用能產生同樣控制效果的其它形式的 交變驅動電壓，如交變三角波、正弦波等。圖2是本控制器的操作過程示意圖。控制器通過角度傳感器和光照傳感器檢測入射光角度e傳感信號和光照強度傳感信號。標準情況下，CPU晶片對每一液晶條塊加載的信號差電壓為O;當CPU晶片根據光照度傳感信號(Ia+Ib)計算出環境平均光照度，先將 Ia+Ib量與設定的光照度閾值進行比較，若低於該閾值，則不產生平均控制 電壓，若高於該閾值，即根據該平均光照度的強弱產生一平均控制電壓加載 到所有液晶條塊的控制電極上，控制整個液晶鏡片的平均光透過率，環境平 均光照度越強，平均控制電壓越高，整個液晶鏡片的平均光透過率就越低， 反之就越高。當CPU晶片根據角度傳感信號(Ia-Ib) / (Ia+Ib)的值計算出強光源與 人眼連線在鏡片上相對於法線的入射角度e ，即用前面已述的方法計算出需 要遮擋的液晶條塊，並對其施加足夠大的控制電壓使其黑屏。圖4是微處理機CPU晶片的控制程序流程框圖， 步驟l初始化向該CPU晶片輸入人眼到所述鏡片的距離L，所述各子區域的縱 向寬度為W，該W值對所有子區域都相同，以及用以反映光照度臨界值的輸入 電壓閾值，該臨界值決定CPU晶片是否啟動，設定人眼平視時的法線方向與鏡片的法線方向重合，所述法線作為坐 標軸的X軸，該法線與鏡片的交點為坐標原點，以鏡片內從所述坐標原點出 發做垂線，該垂線為坐標軸的Y軸，對該坐標原點所在的子區域進行編號， 其編號為零，位於所述X軸以上及以下的子區域分別標以正號和負號，再分別順序編號， 步驟2當光照度低於其臨界值，光電流Ia+Ib低於所述CPU晶片設定的工作閾值時，該CPU晶片不啟動，所述鏡片的所有電極無任何控制電壓信號輸入；步驟3當太陽光的光照度高於設定的光照度臨界值，光電流Ia+Ib大於所述CPU 晶片設定的工作閾值時，該CPU晶片啟動，向所述液晶鏡片的公共電極輸出 一個頻率、佔空比都設定的方波電壓信號，同時執行步驟4;步驟4，CPU晶片判斷光電流Ia是否等於光電流Ib:若Ia:Ib，則所述傳感器接收的是垂直入射的入射光，入射角為零， 該CPU晶片使所述液晶鏡片上各控制電極分別輸入一個與加在所述公共電極 上的方波形電壓相同的控制信號，該控制信號與輸往所述公共電極上的方波 電壓信號相位差180度，而幅度頻率和佔空比都相同，使得液晶鏡片各子區 域上透過率相同，因而各水平條塊的透光率分布一樣；若Ia^Ib，該CPU晶片相對於入射角為9的那一個子區域的序號n，所 述e角為人眼和太陽之間的連線相對於所述X軸的夾角，所述序號n就是該連線和液晶鏡片的交點所在的那個子區域的編號，tane=n*W/L，而6 oc (ia-ib) / (Ia+Ib)，並對序號為n的那個子區域施加控制電壓信號，所述控制電壓信號相對於加在所述公共電極上的方波 電壓信號存在最大相位差，使得加在所述鏡片第n號子區域上的電壓值達到 最大，按照液晶鏡片的輸入電壓和透光率曲線使該n號子區域的透過率降到 最低，產生黑屏，遮擋強光，同時還向與n號子區域相鄰的n+l號子區域和n-l號子區域施加與n號子區域相同的控制電壓，使其與n號子區域共同組成加 寬的光遮光區。13減少每條液晶條塊的寬度W，增加液晶鏡片水平向液晶條塊的數量，可以提高控制的解析度，但也降低了黑屏液晶條塊的寬度，所以本例選中e角所對應的n號液晶條塊後，不僅向n號液晶條塊，還向與其相鄰的n+l號液晶條 塊、n-l號液晶條塊同時施加能使其黑屏的控制電壓，以增加強光遮光條的 寬度。當然還可根據需要增加更多強光遮光液晶條塊的數量，進一歩增加遮 光條的寬度。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限 制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變 化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
1、液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法，包含下述內容a、將液晶鏡片劃分成若干縱向分布、相互平行的水平向液晶條塊，將若干液晶條塊位於同一側的所有電極電連接作為公共電極，該公共電極與控制器公共電極端電連接，將若干液晶條塊位於另一側的電極分別作為獨立的控制電極，分別與控制器的對應控制輸出端電連接，由該控制輸出端的輸出電壓控制對應液晶條塊的透光率；b、向控制器輸入外界平均光照度的傳感信號，控制器根據該平均光照度傳感信號輸出平均控制電壓，施加到所有液晶條塊上，控制整個液晶鏡片的平均光透過率，平均光照度越強，輸出的平均控制電壓越高，反之就越低；c、用角度傳感器測出強光源與人眼連線在液晶鏡片上的相對入射角，根據該入射角選定強光源同人眼連線與液晶鏡片交點所在的液晶條塊，作為遮光條塊；d、控制器通過提高對該遮光條塊的控制電壓，使該遮光條塊成為遮光暗區。
2、 根據權利要求l所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法，包 含下述內容控制器選定強光源同人眼連線與液晶鏡片交點所在的液晶條塊及與其相 鄰的一條或數條液晶條塊共同作為所述的遮光條塊，並通過提高對這些遮光 條塊的控制電壓，使這些遮光條塊成為遮光暗區。
3、 根據權利l所述的用於液晶太陽鏡的梯度式分區自動變色的控制方法，其特徵在於所述加在液晶條塊上的控制電壓是頻率相同、佔空比相同的交變電壓，通過調節其佔空比、或幅值、或相位移調節控制電壓的有效 值。
4、 根據權利要求3所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法，其 特徵在於，包含下述內容控制器輸出的控制電壓是向所有液晶條塊控制電極和公共電極分別施 加一頻率相同、佔空比相同的交變電壓，通過調節加在兩電極上交變電壓的 相位差調節加在液晶條塊上交流電壓有效值的大小，當控制器根據外界強光 角度選好需要變黑的中心遮光條塊後，使向該中心遮光條塊控制電極施加的 交變電壓產生相對於加在公共電極上交變電壓的相位移，該相位移使加在中 心遮光條塊上的有效電壓值提高，形成遮光黑區。
5、 根據權利要求4所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法，其 特徵在於，包含下述內容控制器向所有液晶條塊施加所述平均控制電壓時，通過使向所有液晶條 塊控制電極施加的交變電壓產生相對於公共電極上交變電壓的相位移來改變 加在所有液晶條塊兩電極上的有效電壓值，平均光照度升高時，產生的相位 移使有效電壓值提高，平均光照度降低時，產生的相位移使有效電壓值降 低。
6、 根據權利要求4或5所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方 法，其特徵在於所述控制器向液晶條塊施加的交變電壓是頻率相同、佔空 比相同的方波電壓。
7、 液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制裝置，設有控制器和液晶鏡 片，其特徵在於所述液晶鏡片兩面分別附有一層導電透光膜，其中，有一 面的導電透光膜是縱向平行分布的若干水平嚮導電透光膜條塊，分別構成若 幹液晶條塊的獨立控制電極，各液晶條塊的控制電極分別與控制器對應的控 制輸出管腳電連接，附著在另一面的導電透光膜覆蓋了該液晶鏡片的整個區 域，構成所述若干液晶條塊的公共電極，並連接到控制器的公共電極管腳上，所述的控制器輸入端接有光照傳感器和光角度傳感器。
8、根據權利要求7所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制裝置，其 特徵在於所述的控制器為數字集成的CPU晶片，該晶片焊接在印刷電路板 上，通過印刷電路板與其它部件電連接。
9、 根據權利要求7所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制裝置，其特徵在於所述的若干液晶條塊縱向緊密排列，其下部條塊的縱向寬度遠 大於上部條塊的縱向寬度。
10、 根據權利要求7所述的液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制裝置，其特徵在於所述的光角度傳感器和光照度傳感器是採用了一個包括光角度 探測器和光照度傳感器的組合光感應器。
全文摘要
液晶太陽鏡分區明暗自動變色的控制方法及控制裝置，將液晶鏡片劃分成若干縱向分布、相互平行的水平向液晶條塊，由控制器施加到各液晶條塊上的控制電壓控制其透光率；向控制器輸入外界平均光照度的傳感信號，控制器據此輸出一平均控制電壓控制整個液晶鏡片的平均光透過率；用角度傳感器測出強光源在液晶鏡片上的入射角，據該入射角選定強光源同人眼連線與液晶鏡片交點所在的液晶條塊；控制器通過提高對該遮光條塊的控制電壓，使該遮光條塊成為黑區。本發明可使液晶鏡片整體對光的透過率及明暗變色區的分布自動隨環境光照度和強入射光角度的變化而改變，而且具有結構簡單，體積小、成本低的優點。
文檔編號G09G3/36GK101592790SQ20081011139
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者陳明徹 申請人:北京市加華博來科技有限公司