仿生太阳防护装置的制作方法

本发明总体上涉及一种用于遮挡透光表面的太阳防护装置，特别是用于天窗和交通工具(vehicle)的太阳防护装置，以及用于操作太阳防护装置以遮挡透光表面的方法。

背景技术：

天窗，特别是用于机动车辆的天窗，通常为用户提供由天窗的构造限定的限定水平的遮挡和热量传递。特别是与乘客车厢的天窗相关联时，这可能被许多乘客和用户感觉不舒服。例如，经常存在对于乘客来说太热或太亮的冲突。

美国专利号为8,102,586b2的专利公开了一种用于房屋和车辆的窗户遮挡系统，其被自动地电子控制，其中(一个或多个)窗口以取决于光的强度和照射方向的方式被部分地着色。

在已经呈现的背景下，人们对抵消了上述缺点的改善的太阳防护装置感兴趣。因此，希望提供一种用于遮挡透光表面的改善的太阳防护装置和一种用于操作太阳防护装置的方法，该太阳防护装置和操作方法尤其能够灵活地考虑在给定情况下获得的光照条件。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于遮挡透光表面的太阳防护装置。该太阳防护装置包括具有表面的透光部件、以网格形式布置在表面上并被设计成改变透射率的多个表面元件、以及至少一个用于确定阳光照射的辐射强度的装置。该太阳防护装置还包括用于确定阳光照射方向的至少一个装置，以及控制单元，该控制单元被设计成基于阳光的辐射强度和照射方向降低选定数量的表面元件的透射率，使得选定的表面元件产生可以基于阳光的照射方向而变化的图案。

根据本发明的另一方面，提供了一种太阳防护遮挡装置。该太阳防护遮挡装置包括具有表面的透光部件、布置在表面上的透射率可变元件、确定阳光照射方向的装置、以及控制单元，所述控制单元基于阳光照射的方向控制选定数量的表面元件的透射率，使得选定的表面元件产生根据阳光照射方向而变化的图案。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作太阳防护装置以遮挡透光表面的方法。该方法包括以下步骤：提供布置在透光部件的表面上的以网格的形式的透射率可变元件，确定照射到表面上的阳光的辐射强度，确定阳光照射相对于表面的方向，基于辐射强度降低选定数量的元件的透射率，并且针对于表面上的位置选择元件，使得根据阳光的照射方向而产生图案并且改变该图案。

在研究以下说明书、权利要求书和附图时，本领域技术人员将理解和领会本发明的这些和其他方面、目的和特征。

附图说明

在附图中：

图1是根据一个实施例的用于机动车辆的天窗的形式的太阳防护装置的立体图；

图2是图1中所示的天窗表面的细节以及由此产生的投射阴影的立体图；

图3是图2中所示的太阳防护装置的表面的细节以及由此产生的投射阴影的俯视图；

图4是照射到太阳防护装置表面上的阳光的方向的投影的立体示意图，以及

图5是采用该太阳防护装置的机动车辆的一个示例的侧视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据一个实施例的太阳防护装置4。在本实用变型中，装置4被构造为用于交通工具的天窗。太阳防护装置4可同样用于窗玻璃、玻璃顶、玻璃墙或基本上透光的窗户、门、墙壁或其他部件。在与交通工具相关的应用的情况下，交通工具可以是例如飞机、船舶或机动车辆15(例如客车、卡车、摩托车或其他机动车辆)。

在图1所示的实施例中，以示例性方式示出了位于乘客车厢中的机动车辆的座椅6，在该座椅6上方布置有未明确示出的具有透光表面的车顶。车顶包括顶窗(skylight)并且根据一个实施例构造有太阳防护装置4。

太阳防护装置4包括具有表面17的透光部件16以及以网格的形式布置在表面17上的多个表面元件8。表面元件8被设计成改变它们的透射率，特别是它们对于可见光的透射率。在所示的示例中，通过附图标记9示例标记的表面元件的透射率已经降低。在所示示例中，通过示例标记为附图标记9的表面元件9的透射率已经被降低。在该示例中，表面元件9因此被着色。借助于已经部分着色的表面元件8和9，或者更准确地说其透射率降低的表面元件8和9，在车辆座椅6上(也就是说，例如在乘客车厢中)产生投射阴影。投射阴影由附图标记7标记。

根据一个实施例的装置4还包括至少一个用于确定阳光照射2的辐射强度的装置。在图1中，太阳由附图标记1示意性地标记。从太阳1发出的辐射由光2的椎体示意性地指示。阳光2照射到表面17上的方向由附图标记3通过箭头标记。照射方向3在表面17上的投影由附图标记5通过箭头标记。

此外，太阳防护装置4还包括至少一个用于确定阳光的照射方向3的装置20。用于确定辐射强度的装置20和用于确定阳光的照射方向的装置可以各自包括一个或多个传感器(例如光传感器)。辐射强度和照射方向也可以例如通过使用单个装置来确定。原则上，至少一个装置20可以布置在机动车辆的车顶上或抵靠机动车辆的车顶，或者可以被设计成用于布置在机动车辆的车顶上或抵靠机动车辆的车顶。

此外，根据一个实施例的太阳防护装置4包括图3中所示的控制单元10。控制单元10被设计成以根据阳光的辐射强度和照射方向3的方式降低选定数量的表面元件8和9的透射率，使得选定的表面元件9形成或产生可以以根据阳光的照射方向3的方式变化的图案。

在图1所示的变型中，图案由标记为附图标记9的表面元件形成。所示的图案包括多个三角形结构。该图案被构造成谢尔宾斯基(sierpinski)三角形的形式。因此，该图案包括分形(fractal)并且呈现树的投射阴影的示意性模仿。

原则上，选定的表面元件9的密度在表面17上的投影方向5上(对应于太阳照射3的投影)减小是有利的。其结果，保证了受太阳照射影响最大的表面17的区域最强烈地变暗。

投影方向5的形成或其确定在图4中示意性地示出。在其中所示的示例中，从朝向地球的方向的太阳1的垂直或竖直线12开始，从照射方向3开始，并且从沿着表面17的水平线13中的照射方向3开始，形成直角三角形。在这种情况下，表面17上的水平线13的方向指定投影方向5。

在图2中，以立体图以放大的比例示出根据一个实施例的装置4的表面17的细节。此外，在下方示意性地呈现由此产生的投射阴影7。投射阴影7的变型或产生的图案的变型由箭头11标记。阴影图案优选地基于太阳1的位置或者以根据照射方向3及其在表面17上的投影方向5的方式变化。选定的表面元件9(它们的透射率被降低)可以例如在照射方向3或其投影方向5的角度发生变化时，在表面17上的限定方向11上被限定数量的表面元件移位。换句话说，改变透射率被降低的表面元件9的位置的选择。

图3以俯视图示意性地示出了根据一个实施例的太阳防护装置4的细节。在图3的下部，以俯视图示出了由上部所示细节产生的投射阴影7。深色阴影表面元件9代表其透射率被降低的那些表面元件。明亮呈现的表面元件8标记它们的透射率未改变的表面元件，也就是说，例如完全透明的表面元件。所有表面元件8和9连接到控制单元10(例如电子控制单元(electroniccontrolunit，ecu))，并且可以由该单元控制(例如调节)。

控制单元10被设计成以根据阳光2的辐射强度和照射方向3的方式降低选定数量的表面元件9的透射率，使得选定的表面元件9产生图案。就此而言，可以以根据阳光2的照射方向3或其在表面17上的投影方向5的方式改变所产生的图案。

在根据一个实施例的用于操作太阳防护装置(例如图1和图5中所示的天窗)的方法的范围内，确定到表面17上的太阳照射的辐射强度。确定太阳照射5相对于表面17的方向。如果辐射强度超过阈值，则减少多个表面元件9的透射率。这些元件因此变暗。在这种情况下，选定的表面元件的数量以根据辐射强度的方式限定，并且针对于它们在表面17上的位置选择表面元件，以这种方式产生图案。图案以根据阳光的照射方向3或其投影方向5的方式变化。优选地，产生已经前面基于图1-3描述的包括三角形结构的图案。

表面元件8和9可包括玻璃。此外，许多或所有表面元件可包括包含电致变色材料和/或热致变色材料和/或微百叶窗(micro-blinds)和/或纳米晶材料和/或pdlc(聚合物分散液晶，polymerdispersedliquidcrystal)材料和/或液晶材料的材料。在一个特定实施例中，表面17可涂覆有lcd(液晶显示，liquidcrystaldisplay)膜(例如电致变色lcd膜)。

图5示意性地示出了根据一个实施例的机动车辆15。该车辆包括车顶18和如图1-4所示的构造为天窗的太阳防护装置4。

根据一个实施例，用于遮挡透光表面的太阳防护装置4包括具有表面的透光部件以及以网格形式布置在表面上的多个表面元件。表面元件被设计成改变它们的透射率，特别是它们针对于可见光的透射率。该太阳防护装置包括用于确定阳光照射的辐射强度(例如发光强度)的至少一个装置(例如传感器)、至少一个用于确定阳光照射方向的装置、以及控制单元。控制单元被设计成以根据阳光的辐射强度和照射方向的方式降低选定数量的表面元件的透射率，使得选定的表面元件形成或产生图案。控制单元特别被设计为用于选择其透射率正在被降低的表面元件，使得这些元件形成或产生包括多个三角形结构的图案。图案可以以根据阳光的照射方向的方式而变化。

根据该实施例，太阳防护装置4具有以下优点：使得所产生的图案和被遮挡表面的变化成为可能，并因此使遮挡的程度的变化成为可能。例如，遮挡的强度和遮挡的形状可以适应自然界中出现的遮挡提供者的投射阴影，例如树木的投射阴影。以这种方式，可以获得非常有机并且被用户感觉为愉快的遮挡。在这种情况下，同时抵消了上述问题，即遮挡太强烈或太轻微，以及相应地热量演变相应地太强烈或太轻微。

以网格形式布置的表面元件可以已经在一个平面中并排布置。它们可能已经相互连接。表面元件可以被构造为像素元件或马赛克元件(mosaicelement)。控制单元优选地被构造为电子控制单元(electroniccontrolunit，ecu)。

在优选的构造中，控制单元被设计成以根据阳光的辐射强度(例如发光强度)和照射方向的方式降低选定数量的表面元件的透射率，以便选定的表面元件形成或产生包括多个三角形结构的图案。控制单元尤其是被设计成选择其透射率正在降低的表面元件，使得这些元件形成或产生包括多个三角形结构的图案。

包括三角形结构的图案的产生，特别是由三角形结构形成的图案的产生，具有如下优点：特别适合于模仿由树木或灌木产生的投射阴影。这意味着可以实现面向在自然界中出现的投射阴影的遮挡。对阳光的照射方向的图案的形状和设计所实现的动态适应和这种适应的可能性反映了投射阴影的方向和尺寸在自然中出现的变型。

控制单元10优选地被设计成减小在太阳照射投射到表面上的方向上选定的表面元件的密度。换句话说，面向太阳的表面区域更加强烈地变暗。这也是面向自然界中的植物或物体的自然投射阴影，类似地，在提供遮挡的物体几何地布置在太阳和观察者之间的位置处观察到最强烈的变暗。

在特别有利的构造中，控制单元10被设计成选择表面元件，使得这些元件产生模仿树的投射阴影的图案。这具有以下优点：用户感觉他/她自己处于自然环境中，并且通常这被他/她感觉是愉快的。此外，通过设计面向自然的投射阴影，同时保证在充分的遮挡或变暗，以及与变暗相关的热量演变之间获得和谐的关系。

在另一变型中，控制单元10可以被设计成选择表面元件使得这些元件产生包括分形的图案。特别地，控制单元可以被设计成选择表面元件，使得这些元件产生处于谢尔宾斯基三角形形式的图案。使用分形或包括分形的结构，特别是使用谢尔宾斯基三角形，具有如下优点：这种类型的图案在数学上相对容易地转化为实际现实并且同时反映自然事件和开发过程。例如，树的投射阴影可以借助于分形(例如借助于一个或多个谢尔宾斯基三角形)以简单直接的方式模仿。

许多表面元件(例如正在被使用的所有表面元件)可包括包含玻璃和/或电致变色材料和/或热致变色材料和/或微百叶窗——也就是说，可切换玻璃——和/或纳米晶材料和/或pdlc材料(特别是pdlc玻璃(pdlc-polymerdispersedliquidcrystal，聚合物分散的液晶))和/或液晶材料的材料。特别是，该装置的表面可能已涂覆有lcd薄膜(lcd-liquidcrystaldisplay，液晶显示)。借助于所述材料，表面元件针对于其透射率的可切换性可以以示例性方式转化为实际现实。

根据一个实施例的天窗(其特别地可以设计用于交通工具)包括先前描述的装置。根据该实施例的交通工具包括先前描述的装置和/或天窗。在示例性变型中，交通工具可包括配备有上述装置的多个窗玻璃或镜子。

根据一个实施例的天窗和交通工具基本上具有与上述太阳防护装置4相同的特征和性质以及优点。交通工具15可以是机动车辆，尤其是客车、卡车、摩托车，但也可以是船舶或飞机。在船舶或飞机的情况下，控制单元10可以被设计成选择表面元件，使得这些元件产生模仿至少一个云的投射阴影的图案。

根据一个实施例的用于操作用于遮挡透光表面的太阳防护装置4的方法涉及太阳防护装置，该太阳防护装置包括具有表面的透光部件以及以网格形式布置在表面上的多个表面元件。在这方面，表面元件被设计成改变它们的透射率，特别是改变它们针对于可见光的透射率。表面元件可以在一个平面中并排布置。表面元件可以彼此连接。在该方法的范围内，确定阳光照射到表面上的辐射强度，特别是发光强度。此外，确定阳光照射相对于表面的方向。如果辐射强度(特别是发光强度)超过阈值，则降低一定数量表面元件的透射率。在这种情况下，表面元件的数量以根据辐射强度的方式限定，并且对于表面元件针在表面上的位置选择它们，使得产生图案。图案以根据阳光的照射方向的方式变化。

根据该实施例的方法特别适合于使用上述太阳防护装置4。该方法基本上具有上面已经描述的优点。特别地，通过以根据阳光的照射方向的方式改变所产生的图案，可以产生被感受为自然的投射阴影。在这种情况下，投射阴影可以优选地模仿植物(例如树木)或云在自然界中发生的投射阴影。

表面元件优选地针对于它们在表面上的位置进行选择，使得产生包括多个三角形结构的图案。在一个有利的变型中，选择表面元件，使得选定的表面元件的密度在太阳照射到表面上的方向上的投影方向上减小。可以基本上选择表面元件，使得它们产生模仿树的投射阴影的图案。这被用户感觉是特别令人愉快的，同时具有如下优点：可以产生遮挡和由遮挡引起的热量演变的和谐关系。

优选地选择表面元件，使得产生包括分形的图案。例如，可以选择表面元件，使得这些元件以至少一个谢尔宾斯基三角形的形式产生图案。

原则上，上述图案，特别是模仿树的投射阴影的图案，或包括分形的图案，一方面可以由透射率降低的表面元件(也就是说着色的表面元件)产生。但是也可以通过使用未着色的表面元件(也就是说，具有未降低的透射率的表面元件)来产生适当的图案。以这种方式，例如，树的投射阴影可以被模仿为负像(negative)。

原则上，在该方法的范围内使用的表面元件可以包括以上所述与根据所公开的实施例的太阳防护装置4相关的材料。特别地，太阳防护装置4的表面可以涂覆有lcd膜(lcd-liquid-crystaldisplay，液晶显示)。

本发明的太阳防护装置4提供了一种受自然界启发的太阳防护装置的结构，该太阳防护装置例如模仿类似于树的投射阴影的阴影图案。面向在自然界中出现的自然阴影提供者的投射阴影减少了上述迄今已知的用于透明表面(特别是用于车窗和车顶)的遮挡装置的缺点。

在这种情况下，在本发明的范围内产生的阴影图案的尺寸和几何结构可以以这样的方式进行调整，使得所产生的图案针对于所产生的投射阴影呈现出对用户最有利的形式。以这种方式，可以获得透明表面的变暗(例如着色)和相关的热量产生的特别有利的组合。在自然中观察到的树下的光的分布代表了一个值得模仿的示例，因为这里已经以自然的方式自然的形式实现了最佳温度和同时足够(特别是能够确保植物生长)的阳光暴露的组合。

基于实施例并参考附图在此更详细地描述了本发明的其他特征、特性和优点。到目前为止和以下描述的所有特征在这方面都是有利的，无论是单独地还是彼此任意组合。这里描述的实施例仅表示一个示例，然而并不限制本发明的主题。

应当理解，在不脱离本发明的理念的情况下，可以对前述结构进行变化和修改，并且还应理解，这些理念旨在由所附权利要求覆盖，除非这些权利通过文字明确表示为相反。