具有自适应透射率的太阳眼镜的制作方法

文档序号:2777381阅读:191来源:国知局
专利名称:具有自适应透射率的太阳眼镜的制作方法
技术领域
本发明涉及太阳眼镜的改进。
背景技术
按照常规,眼镜用户在明亮的太阳光中需要采取下列措施之一换上等同配镜(prescription)的有色玻璃的眼镜、使用在平常佩戴的眼镜上用夹子夹住的有色透镜、使用所谓对光反应的配镜眼镜、或者忍受强光刺激。这些解决方案中的大多数都是很不方便的,即使是对光反应的眼镜也是如此,因为在环境发光条件从亮到暗突然变化时(例如,眼镜佩戴者进入室内或者在驾车时进入一个隧道时),都可能包括一个延迟,在这期间眼镜佩戴者都必须等待透镜改变着色。

发明内容
因此,本发明的实施例的一个目的是针对上述的常规解决方案提供一个替换方案。
按照本发明的一个方面,提供一对太阳眼镜,其特征在于所说的太阳眼镜包括至少一个电湿润透镜,其中加入光透射性质不同的第一和第二不能混合的流体,第一种流体与第二种流体相比是较好的光透射体,其中在电湿润透镜的第一和第二电极之间的电场强度的变化使第一种和第二种流体之间的边界的形状从第一状态变为第二状态,在所说第一状态,第二种流体在透镜的内表面的基本上整个透光区域上形成一层,并且光透射是处在减少最多的状态,在所说第二状态,光透射是最大的。
与常规的太阳眼镜相比,如以上所述构成的太阳眼镜的优点是,通过改变电位差提供的两状态性质提供了一种可以按照用户的心愿随意改变太阳眼镜的阻光度的方便方式,不一定非要在环境光或其它条件下的控制下才改变太阳眼镜的阻光度。
优选地,在第二状态,第二种流体被限制于透镜的周边区。
第一和第二种流体最好具有基本上相同的折射率和比重,这是有益的,因为改变这两种流体之间边界条件将不会改变光学透镜的强度。
优选地,所说透镜包括透明的后壁和透明的前壁,在它们之间确定一个空腔,在空腔内限定第一和第二种流体。
在第一优选实施例中,透镜的第一和第二电极包括在后壁的内表面的一个区域形成的一个后电极和在前壁的内部周边附近延伸的一个环形电极。在此第一实施例中,对于电极之间的电位差的渐进变化进行安排,以便可以渐进地改变边界的形状,在第一和第二状态之间提供渐进的改变。
在第一优选实施例中,透镜的自然状态是第一状态(最小的光透射),在第一状态,在透镜的电极之间没加任何电位差。
在第一优选安排中,前壁的内部区域最好是疏水的或者涂敷一个疏水层,而环形电极也是疏水隔离的,并且在第一状态,第一种流体是最靠近前壁的流体,而第二种流体是具有最靠近后壁的边界的流体。在第一优选安排中,第一种流体最好是一种透明油,而第二种流体是着色的导电和/或极性流体,优选的是着色的水。
在第二优选安排中,透镜的自然状态是第二状态(最大的光透射),在这一状态,在透镜的电极之间没加任何电位差。
在第二优选安排中,在环形电极上形成一个疏水隔离层,并且,前壁最好是疏水的或者涂敷一个疏水层。在这里,第一种流体是最靠近后壁的流体,而第二种流体是具有最靠近前壁的边界的流体。在第二优选安排中,第一种流体最好是一种透明的导电和/或极化的流体,如水,而第二种流体是着色的非导电流体,如着色的油。在这里,通过改变电极之间的电位差,可以连续地改变透镜的光路传输部分。
选择具有指定的明亮或黑暗的自然状态的适当的透镜结构,使用户可以决定是选择一副常亮的眼镜还是选择一副常暗的眼镜,而且,按照预期的主要使用理由选择合适的结构为延长电池寿命提供了可能性。
在另一个优选实施例中,疏水的隔离层是在后壁的内部区域上形成的并且还在透明的后电极上形成,第一种流体是具有最靠近前壁的边界的流体,而第二种流体是具有最靠近后壁的边界的流体。在这里,第一种流体最好是一种透明的极化和/或导电的流体,如水,而第二种流体是着色的油。
优选地,对于前壁的曲率、后壁的曲率、以及第一和第二种流体的折射率进行安排,以便可以对于佩戴者的视觉缺陷进行校正。在可变换的太阳眼镜中,这种校正型的透镜使具有眼睛缺陷的用户只需要一副眼镜,这副眼镜还可以作为太阳眼镜使用,这样就不再需要更换眼镜了。
为了改变加在第一和第二电极的对之间的电场,可以提供手动的和/或自动的调节装置。手动调节允许用户完全自由地选择,而自动模式允许用户的太阳眼镜能够自适应到预先设定的状态(如环境光的水平)或者按照预先编程的条件进行变化。
使电极透明同时使电极可在许多安排中任意选择,这在电极定位中提供了极大的自由度,可使电极定位在透镜的光路中而对于光的透射没有另外的限制。


为了更好地理解本发明,并且为了表明本发明是如何实施的,现在借助于实例并参照示意的附图,其中图1A和1B示意地表示用在太阳眼镜中的透镜的第一实施例,所说太阳眼镜中透射光的水平可以按照眼镜佩戴者的选择改变;图1C表示与图1A和1B的透镜类似的一个实施例,但是在这个实施例中,所说透镜包含的第一和第二种流体的相对数量组分和布局是不同的;图2是说明用在太阳眼镜中的透镜的另一个实施例的结构的示意图,所说太阳眼镜中透射光的水平可以按照眼镜佩戴者的选择改变;图3和图4说明应用到图2的透镜中的“电湿润”的原理;图5表示一副太阳眼镜,其中可实施图1或图2的透镜。
具体实施例方式
现在参照附图1A,形成按照本发明的太阳眼镜的一部分的透镜的第一实施例包括透明的后壁110、透明的前壁120、在后壁的内部表面的一个区域内形成的后电极160、围绕前壁120的内周边延伸的环形电极150、在环形电极150上形成的并且最好覆盖前壁120的内部区域的疏水隔离层130,在透明的后壁110和透明的前壁120之间确定的一个空腔140。优选地但并不是必要地,所说电极由透明材形成。
空腔140填充有第一和第二种流体,在图1中示出了一个弯月形线M,代表第一和第二种流体之间的边界。在这里,第二种流体是距后壁110最近的流体,第一种流体是具有距前壁120最近的边界的流体。
流体是可以响应任何作用力改变它的形状的物质,流体具有流动的趋势或与它所在的室的轮廓保持一致的趋势,流体包括气体、蒸气、液体、和能够流动的固体和液体的混合物。
所说第一和第二种流体是不可混合的,并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。
第二种流体是有色的导电电解液,第一种流体是透明的油。在这里,导电电解液最好是水/酒精混合物,其中加入一些盐,第二种流体是一种油。两种流体的折射率最好约为1.38,比重约为0.85。在这种情况下,使用酒精来减小水的密度以匹配油的密度。然而,通过加入例如CCl4还可以增加油的密度以匹配盐溶液的密度。现在参照附图1A和1B中的每一个,讨论加入上述类型透镜的太阳眼镜的操作原理。
图1A说明可变换的太阳眼镜的第一状态,其中对于光的透射进行了限制。详细地说,可以看出,在图1A中,在电极上没有加任何电压,包括硅油的第一种流体和包括有色导电电解液的第二种流体具有一个由弯月面M限定的自然边界水平,它形成一个基本上球形的表面,这个表面的曲率半径基本上由第二种流体的体积、流体和形成空腔的壁之间的界面张力来确定。
现在参照附图1B,图中所示的情况是,在两个电极150、160之间加上足够大的电压,以使极化的和/或导电的流体(由有色的水形成的电解液)被吸引到环形电极并且使后壁的中央区变空(即,从光路上是透明的(clear))。在两个电极之间施加电场,以及第二种流体是导电的这一事实,使第二种流体有效地被吸引到环形电极150,从而可以改变弯月面层M和倾斜的前壁120之间的有效接触角度。随着电位差的增加,情况变为图1B中所示的,其中弯月面层M的曲率应该使第二种流体被限制在透镜100的边缘周围的周边区域。
在上述讨论中,必须牢记,与第一种流体相比,第二种流体的光透射性较小。因此,在如图1A所示情况下表示的是最小透光状态,而在如图1B所示的情况下表示的是通过透镜的最大透光状态。应该认识到,从图1A所示的状态变到如图1B所示的状态是一种渐进的变化,中间的电位差将产生光路的透明程度的中间水平,因此产生光透射的中间水平。以此方式,在两个电极150、160之间施加电压差,可以提供用在太阳眼镜中的可渐进变换的透镜。
虽然描述的情况是通过增加电极之间的电位差可以达到第二状态,但是相反的情况也是可能的。在图1C中,第一种流体是距后壁110最近的流体,第二种流体是具有距前壁120的最近边界的流体。第一种流体是导电电解液,第二种流体是有色的油。在这里,导电电解液最好是加入盐的水/酒精混合物,第二种流体是有色的硅油。这两种流体的折射率最好约为1.38,比重为0.85。在这种情况下,两种流体的相对数量是不同的,只提供一个薄层的有色的油。在这里,在没有施加电位差的情况下的初始接触角应该是这样的弯月面M也与前壁的中心接触,如图1C所示。在这个(自然的)第二状态,通过将第二种流体限定在疏水的透镜周边区域来保证最大的透光性,其中的环形电极150也有疏水涂层。增加在两个电极150、160之间的电位差将使形成第一种流体的电解质吸向环形电极150,并且将第二种流体从周边区域移动到透镜的中央区,因而可以得到与图1A中所示相似的结果,在图1A中,沿光路限制光的透射(第一状态)。
现在参照附图2,图2中表示的是透镜100的另一个实施例,它包括透明的后壁110、透明的前壁120、在后壁110的内部表面的中央区域形成的透明后电极160、在后电极160上形成的并且在后壁110上延伸到它的周边的疏水隔离层130、和电极150,在透明的后壁110和透明的前壁120之间限定了一个空腔140,电极150可以是直接接触第一种流体的单个电极并且最好是透明的或者放在视野之外。透明的后电极160可以是单个电极,或者可以是由可以单独寻址的多个电极形成。
空腔140填充有第一和第二种流体,在图2中示出了一个弯月形的线M,代表第一和第二种流体之间的边界。在这里,第一种流体是距前壁120最近的流体,第二种流体是具有距前壁120最近的边界的流体。
所说第一和第二种流体是不可混合的,并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。
第一种流体是导电电解液,第二种流体是有色的油。在这里,导电电解液最好是水/酒精混合物,其中加入一些盐,第二种流体是着色的硅油。两种流体的折射率最好约为1.38,比重约为0.85。现在参照附图3和4讨论按照如图2所示的实施例的太阳眼镜的操作原理。
图3说明可变换的太阳眼镜的第一状态,其中的光透射受到了限制。详细地说,可以看出,在图3中,没有任何电压加到电极上,图3中表示出后透明电极160、在透明电极160上形成的疏水的电隔离涂层130、着色的油层0、和加盐的水电解液W,加盐的水电解液W与环形电极150接触(未示出)。在这里,因为没有电压加在电极150、160之间,油0在疏水隔离层130上形成一个均匀的膜。
图3中所示的实体箭头代表如下的事实光的透射因为光须通过较低的光透射率的油层0而减小。现在参照附图4,图4表示的是在两个电极之间加上了一个电位差的情况。
通过在两个电极之间加上一个电压,电湿润效应通过电解液W增加了疏水隔离层130的湿润性,因为从电极150排斥出的电解液W中的自由电荷被吸向电极160,因而使电解液W被吸向电极160。如果所加电压足够大,则电解液W被迫与疏水隔离层130接触,并且将油0移向一边,产生如图4所示的状态,其中的油远离光轴。除去电极150、160上的电压,使可变换的光学元件1返回到图3的安排。
如以上所讨论的,在两个电极之间施加的电位差有效地推动油层,使油层离开由透明电极160覆盖的区域,移动到透镜的周边。有益的作法是,被推动的油到达的区域包括可以安装透镜的眼镜的框架区域。向框架移动具有较低光透射率的油层,使透镜的中央区无涂层,因此可以通过较多的光,正如通过在图4中所示的实线和非实现的箭头示意地表示的那样。因此,这种类型的透镜安排是在接通状态和断开状态之间不连续切换的。
可以采取一系列措施来保证油以可预期的和可重复的方式离开光轴移动,这些措施可以与上述的实施例组合起来。例如,改变透镜内表面的可湿润性可以提供一种常规的技术,用于控制在响应所加的电压时油移动的方向。
例如,可以将后电极160分割成一系列可独立寻址的直线部分。通过依次向这些可独立寻址的直线部分施加电压,可以依次增加这些部分上方的疏水隔离层130的可湿润性,由此可以控制启动油移动位置,以及在隔离层130上油移动的随后的方向。这些技术可以在提供电压的直线部分的下方产生有恒定大小的增加可湿润性的移动区域。
按照另一种方式,可以对于这些可独立寻址的直线部分按照顺序供电并且维持这个电压,以便在多个施加电压的直线部分的下方提供增加可湿润性的扩展区域。分割成多个电极的作法可以实现使眼镜的上部变暗的选项,例如,可以保持眼睛出来的阳光少而在水平路径上不会减小透射性。这一功能可以与车中的遮光屏或车风挡的着色上部相比拟。
可以使用其它的电极组合来控制油的移动。例如,可以使用一系列可独立寻址的同心环形电极,通过从最里边的电极开始向每个电极依次施加电压来控制运离它们的公共中心的所说移动。在另一个例子中,可以使用在接触层下方具有一个非导电区的电极。在这种情况下,油趋向聚集在非导电区上方的这个区域。
作为通过施加不同的电极电压来控制接触层的可湿润性的一个可替换的方案,例如通过提供相对较小疏水性的部分,可以改变所说元件两边的接触层的固有的可湿润性。在这种情况下,油响应于加到电极上的电压产生的移动将从相对较小疏水性的区域开始。
流体室的侧壁可以涂敷疏水的或者亲水的材料,以使在侧壁和油/水之间的界面张力的变化可以保证所说的油在响应所加的电极电压时会向特定的方向移动。
作为改变流体室的内部表面的可湿润性的另外的措施,可使接触层的厚度或介电性质在所说元件的两边有一个预先确定的分布,从而在响应所加的电极电压时可以在不同的区域得到不同的电场强度。例如,在接触层较薄的区域,水和电极相对地靠得很近,可以产生较大的电场。油的移动是从电场较大的区域开始的,因为在这个区域的可湿润性增加了。例如,可以使用一个疏水的隔离层130,隔离层130的第一凹面与后电极160接触,隔离层130的第二个大体上平面的表面与油接触。在这种情况下,隔离层130的最薄部分上方的油层可能会首先移动,油的移动就从这个区域渐进开始。
改变隔离层130的可湿润性的下一项技术是提供从隔离层130突出的一个突起。对于所说突起进行安排,以便在没有向电极施加电压时所说突起从油层突出出来并且直接与水连通。突起的表面对于水的可利用性给所说的水提供一个起始点,当电压加到所说电极上时,水就会从这个起始点开始很容易地移动所说的油。此外,所说突起在从油层突出的区域可以涂敷一个亲水的涂层。通过从油层突出的区域中的水增加了突起的可湿润性,这将趋向增加突起效果。
在上述的每一种透镜安排中,在断开状态与水接触的流体空腔的内壁最好是亲水的。以此方式,水保持在油的两个主体部分之间,并且阻止油的两个主体离开元件的极限位置的移动。
现在参照附图5,其中表示一副太阳眼镜眼镜200,其中包括以上所述的类型之一的透镜。眼镜200包括透镜100A、100B、镜框210、镜腿220、调节按钮230、电池盒240。在这里,图中所示的调节按钮230和电池盒240安装在框架的桥接部分的中央。
包含在电池盒240中的电池经过调节按钮240连接到每个透镜100A、100B的电极150、160上。在这里,调节按钮240最好可以控制一个可变电阻器,所说可变电阻器安排成可以调节加在透镜100A、100B的电极对150、160之间的电压(即,电位差)。
在图5所示的结构中,在靠近镜框210的透镜周边可以观察到一个黑色圆环250。这个黑色圆环250代表的是针对图3中描述的状态下的油层0。换言之,图4表示的是允许最大的光透射的状态下的太阳眼镜。应该认识到,透镜100A、100B的电极150、160之间的电位差在这一点是最大的。当调节控制按钮230以减小相应电极150、160之间的电位差时,油层回到如图1A或图3所示的均匀薄膜状态。在这一点,透镜100A、100B外部周围的黑色圆环将要消失,并且减小了透镜100A、100B的中央区的光透射。
应该认识到,虽然在以上的讨论中已考虑着色的油,但对于透镜的可变的光透射特性,并不一定要进行这样的着色。的确,可以适当地选择油(或任何其它的第二种流体)的颜色,并且可以提供这种颜色,以便给出眼镜的“设计人员”的触觉。的确,可以针对时髦的项目安排所说的眼镜,以使第一种流体和第二种流体具有不同的颜色,并且,调节按钮230的调节将可以改变眼镜对于旁观者出现的状态,并且还可改变眼镜佩戴者显示的视野的颜色。可以选择由双重颜色给出的效果的任何组合。例如,第一种流体可以具有绿色色彩,第二种流体可以具有红色色彩。
应该认识到,通过成形前壁和后壁110、120,并且通过包含在它们当中的两种流体的折射率,可以确定透镜的强度(在视力缺陷的校正方面)。为了避免出现当调节透射率时的焦点变化,两种流体必须具有基本上相同的折射率。
还应该理解,虽然已经描述了借助于调节器的太阳眼镜手动调节,但还可以提供自动操作。例如,如果期望按照环境照明状态改变着色,则可以使用光电元件如光敏电阻器来代替手动可变电阻器。可以提供附加的控制元件来完成对于太阳眼镜的这种自动控制。还可以提供其它的自动装置来给出非环境光敏特性。例如,可以提供可编程的用户模式,来提供对于眼镜的时间相关变化。
本领域的普通技术人员应该认识到,在不偏离本发明的范围的条件下,对于本发明的许多其它变化也是可能的。
权利要求
1.一副太阳眼镜,其特征在于所说的太阳眼镜包括至少一个电湿润透镜,其中加入光透射性质不同的第一和第二不能混合的流体,第一种流体与第二种流体相比是较好的光透射体,其中在每一电湿润透镜的第一和第二电极之间的电位差的变化使第一种和第二种流体之间的边界的形状从第一状态变为第二状态,在所说第一状态,第二种流体在透镜的内表面的基本上整个透光区域上形成一层,并且光透射是处在减少最多的状态,在所说第二状态,光透射是最大的。
2.权利要求1的太阳眼镜,其中在第二状态,将第二种流体限制在透镜的周边区域。
3.权利要求1或2的太阳眼镜,其中所说的透镜包括透明的后壁(110)和透明的前壁(120),在透明的后壁(110)和透明的前壁(120)之间限定了一个空腔(140),在空腔中限制第一和第二种流体。
4.权利要求3的太阳眼镜,其中透镜的第一和第二电极包括在后壁的内表面的一个区域形成的一个后电极(160)和在前壁(120)的内部周边附近延伸的一个环形电极(150)。
5.权利要求4的太阳眼镜,其中前壁(120)的内部区域最好是疏水的或者涂敷一个疏水层(130),而环形电极(150)也是疏水隔离的。
6.任何前述权利要求的太阳眼镜,其中透镜的自然状态是第一状态,在第一状态,在透镜的电极之间没加任何电位差。
7.权利要求6的太阳眼镜,其中第一种流体是最靠近前壁的流体,而第二种流体是具有最靠近后壁的边界的流体。
8.权利要求6或7的太阳眼镜,其中第一种流体是一种透明的不导电的流体,而第二种流体是着色的导电和/或极性流体。
9.权利要求1-5中任何一个所述的太阳眼镜,其中透镜的自然状态是第二状态,在这一状态,在透镜的电极之间没加任何电位差。
10.权利要求9的太阳眼镜,其中第一种流体是最靠近后壁的流体,而第二种流体是具有最靠近前壁的边界的流体。
11.权利要求10的太阳眼镜,其中第一种流体是一种透明的导电和/或极化的流体,而第二种流体是着色的非导电流体。
12.权利要求10或11的太阳眼镜,其中通过改变电极之间的电位差,可以连续地改变透镜的光路区域内第二种流体的厚度。
13.任何前述权利要求的太阳眼镜,其中对于电极之间电位差的渐进变化进行安排,以便可以渐进地改变所说边界的形状,在第一和第二状态之间提供渐进的变化。
14.权利要求1-3中任何一个所述的太阳眼镜,其中在后壁(110)的内部区域上,并且还在透明的后电极(160)上,形成一个疏水的隔离层(130)。
15.权利要求14的太阳眼镜,其中第一种流体是在第一状态具有最靠近前壁(120)的边界的流体,而第二种流体是具有最靠近后壁(110)的边界的流体。
16.权利要求15的太阳眼镜,其中第一种流体是一种透明的极化和/或导电的流体,而第二种流体是着色的不导电流体。
17.权利要求16太阳眼镜,其中在电极之间施加一个电位差,使第二种流体被推向透镜的侧边区域。
18.任何前述权利要求的太阳眼镜,其中对于前壁(120)的曲率、后壁(110)的曲率、和第一和第二种流体的折射率进行安排,以便可以对眼镜佩戴者的视觉缺陷进行校正。
19.任何前述权利要求的太阳眼镜,其中提供手动调节装置,以便改变加在多对第一和第二电极之间的电位差。
20.任何前述权利要求的太阳眼镜,其中提供自动调节装置,以便改变加在第一对和第二对电极之间的电位差。
21.任何前述权利要求的太阳眼镜,其中第一和第二种流体具有基本上相同的折射率和比重。
22.电湿润透镜,其中加入光透射性质不同的第一和第二不能混合的流体,第一种流体与第二种流体相比是较好的光透射体,其中在每一电湿润透镜的第一和第二电极之间的电位差的变化使第一种和第二种流体之间的边界的形状从第一状态变为第二状态,在所说第一状态,第二种流体在透镜的内表面的基本上整个透光区域上形成一层,并且光透射是处在减少最多的状态,在所说第二状态,光透射是最大的。
全文摘要
本发明涉及太阳眼镜的改进。具体来说公开了一副太阳眼镜,所说的太阳眼镜包括至少一个电湿润透镜(100A、100B),其中加入光透射性质不同的第一和第二不能混合的流体,第一种流体与第二种流体相比是较好的光透射体,其中在每一电湿润透镜的第一和第二电极之间的电场强度的变化使第一种和第二种流体之间的边界的形状从第一状态变为第二状态,在所说第一状态,第二种流体在透镜的基本上整个内表面上形成一层,在所说第二状态,第二种流体被限制在透镜的周边区域。
文档编号G02B26/02GK1820221SQ200480019597
公开日2006年8月16日 申请日期2004年7月1日 优先权日2003年7月8日
发明者B·H·W·亨德里克斯, S·凯帕 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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