專利名稱：全自動電子變色鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子控制的液晶眼鏡，該眼鏡可以根據(jù)環(huán)境光照度自動調(diào)節(jié)鏡 片的透射率，外界光照度變高時，透過率變低，外界光照度變低時，透過率變高。 其獨特之處在于，鏡片透射率可實時隨控制的電信號發(fā)生變化，而控制電信號又隨 環(huán)境光照度的不同而變化，所以該眼鏡可實時隨外界光照度的變化而自動調(diào)節(jié)進入 人眼的光照度。
背景技術：
為保護眼睛不受外界強光的刺激，配戴變色太陽鏡是通常采用的預防措施之一， 傳統(tǒng)的變色鏡采用光敏材料做鏡片，利用光至變色的特性調(diào)節(jié)鏡片透過率。但現(xiàn)冇 變色鏡在遇到周圍環(huán)境光突變時，如進入室內(nèi)和隧道等，不能很快自動調(diào)節(jié)鏡片的 透過率。導致視線減弱，看不清周圍的環(huán)境。
光敏特性的變色眼鏡通常工作在紫外光波段，在有含有紫外光的陽光下，其鏡
片內(nèi)發(fā)牛光化學反應，使鏡片透過率下降，鏡片變暗。如Transition品牌的變色太 陽鏡等。
光敏變色太陽鏡的變色時間一般為幾秒到幾十秒的范圍；而褪色時間略長，一 般在幾分鐘到幾十分鐘的范圍。與人的瞳孔調(diào)節(jié)以適應照明變化所需要的時間相比， 其響應時間太長。不能適應人眼的需求。而且，在濾掉紫外線被的陽光下，不能發(fā) 牛變色的化學反應，因此在汽車擋風玻璃后，盡符陽光耀眼，似眼鏡就不會變暗。
先有技術中另一類太陽變色鏡利用液晶做鏡片通過加電控制其透過率，用這種 技術做成的太陽變色鏡一般都包含體積較大的電7電路，電路系統(tǒng)有很多電子元件， 需要消耗很大的電流。這些電子電路包含模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器或運算放大器，方波發(fā)生 器光強傳感元件等。這些電了-眼鏡的控制系統(tǒng)能耗較大，，所以此類液晶眼鏡一般 還含有電池、開關以及等，且電池必需定期更換，既增加了眼鏡的使用成本又加大了體積。制約了此類電了眼鏡做為K:用產(chǎn)品的可行性，這也是至今未見商品上市的
重要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
這項發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有光敏變色太陽鏡響應時間慢的問題。期望的響應
時間與人眼睫孔的擴張時間匹配，響應時間適中，既不能太快，也不能太慢；變化 時間太快會出現(xiàn)鏡片閃爍現(xiàn)象，太慢又不能實時隨外界光強變化而變化。適中的響 應時間可以及時調(diào)整鏡片明暗度，適應光照度的變化，保護配戴者眼睛瞳孔無須急 劇擴張與收縮。
本發(fā)明中的變色鏡針對可見光波段響應，與人眼的對光譜的反應基本相同。 這就保證了鏡片可以根據(jù)人眼對不同光譜反應而進行自動調(diào)節(jié)，其中心波長為
550nm。
這項發(fā)明的目的是針對液晶太陽鏡技術，減小體積，降低成本，及減低對電 流的消耗?？刂颇＝M的體積應足夠小，使其可以放置在太陽鏡的鏡架中?？刂颇＝M 的電流消耗應小到可以用一小片太陽能電池供電，小到使該眼鏡外觀與一般眼鏡外 觀幾乎沒有不同。
本發(fā)明的特征在于
含有眼鏡架，液晶鏡片，太陽能電池，印刷電路板，數(shù)字集成芯片，后蓋， 以及內(nèi)腔，其中
眼鏡架，該眼鏡架是由左、右鏡框及連接所述左、右鏡框的鼻托組成，其中， 所述鏡框是夾層式的；
液晶鏡片，由左、右兩個鏡片構成，每個鏡片采用正性TN-液晶，所述每個鏡 片有一對符腳，分別和所述鏡片處于相對的兩個表面上的電極連接，所述液晶鏡片 在可見光范圍內(nèi)的透過率和加在所述一對管腳上的控制電壓相關當控制電壓超過 設定的控制電壓閾值但又低于所述控制電壓的設定最大值時，透過率下降，控制 電壓越高，則透過率越低；
太陽能電池，是一個由多個非晶硅類電池組成的序列，該序列被嵌入到所述鼻 托的外側(cè)框架上；該太陽能電池的輸入信號是太陽光，輸出是控制電壓信號；
后蓋，該后蓋被密封地嵌入到所述鼻托的靠近人體鼻梁的內(nèi)側(cè)框架上；
內(nèi)腔，開在所述鼻托內(nèi)，形成在所述太陽能電池、后蓋以及左、右鏡框拼成的
空間中；
印i電路板，在所述內(nèi)腔內(nèi)，緊貼太陽能電池的里側(cè)；數(shù)字集成芯片，架在所述印刷電路板上，該數(shù)字集成芯片的電壓輸入端通過所 述印刷電路板與太陽能電池的電壓輸出端相連，該數(shù)字集成芯片的控制電壓輸出端 通過所述印刷電路板與兩個鏡片的兩個管腳相連，用于向液晶鏡片施加控制電壓； 所述數(shù)字集成芯片按以下步驟控制所述液晶鏡片的透過率 步驟(1)，當太陽能電池所受到的太陽光能量使該太陽能電池的輸出端施加 在所述數(shù)字集成芯片輸入端的電壓低于所述數(shù)字集成芯片設定的工作閾值電壓時， 則該數(shù)字集成芯片處于休眠狀態(tài)，沒有控制信號輸出；此時液晶鏡片的透過率到達 其最大值。
步驟(2)，當太陽能電池所受到的太陽光能量足以使該太陽能電池的輸出端 施加在所述數(shù)字集成芯片的輸入端的電壓超過該數(shù)字集成芯片的工作閾值電壓時， 則該數(shù)字集成芯片的兩個控制電壓信號輸出端各自輸出幅度正比與集成電路芯片的 輸入電壓、頻率相同\占空比也相同的控制電壓，但是相位相差180度，這時液晶鏡 片的透過率隨控制電壓的增加而下降，外界光照度越強，控制電壓越大，鏡片透過 率就越低。
所述印刷電路板和鏡片的一對管腳之間的電連接是通過一個穿過所述左 或右鏡框的孔洞的連接器實現(xiàn)的。
本發(fā)明的優(yōu)點為降低能源消耗，體積小，成本低。具體地講，
無需外加電池，只用一個鑲嵌在眼鏡架內(nèi)的太陽能電池即可驅(qū)動。
無需開關，液晶鏡片的透過率是根據(jù)外界的光強自動調(diào)節(jié)的。
無需專門的光敏元件，如光敏二級管等測光元件，所述太陽能電池兼顧了測光 與提供控制能量的雙重作用。
液晶鏡片的透過率是連續(xù)可調(diào)的，而不是只有二個或幾個灰度等級可調(diào)。
液晶鏡片是偏振的，因而具有一定防眩光效果
其響應速度快，且其反應速度可以通過軟硬件調(diào)節(jié)。
對可見光頻譜敏感，不需要紫外光驅(qū)動，在濾除紫外波長的陽光下一樣可以工 作，如汽車內(nèi)等。


圖1是該太陽鏡的等比例外觀圖。眼鏡架1內(nèi)安裝了兩個液晶鏡片3和太陽 能電池4，太陽能電池提供電能給電子電路系統(tǒng)，電子電路系統(tǒng)再接著提供電能給 液晶鏡片。
圖2表示的是剖面線的方向。
圖3是圖2中要局部放大的地方。
圖4是該太陽鏡鼻托部分的剖面圖。眼鏡架1包含內(nèi)置電子元件的內(nèi)腔9, 太陽能電池4位于太陽鏡的前表面，和印刷電路板5連接，CPU芯片6和其它電 了-元件焊接在印刷電路板5上，液晶鏡片3通過穿過孔洞10的連接器7和印刷電 路板5連接，孔洞10可能會密封以防止水進入內(nèi)腔，后蓋8將內(nèi)腔密封。圖5是CPU控制的原理框圖之一。太陽能電池4將光轉(zhuǎn)換為電位，為CPU 芯片MCU11提供電能，電位也是電信號，充當MCU11的輸入信號。當電位足夠 高時，MCU11提供信號控制液晶鏡片3，使用一個存儲能量的元器件12，緩沖液 晶鏡片"開""關"狀態(tài)之間的差異。
圖6是CPU控制的總電路原理框圖之二。太陽能電池4充當電源和傳感器，. 儲存能量的元器件12連接太陽能電池4、靜態(tài)電了-元件13、及CPU芯片MCU"。 為了配置CPU芯片MCU11，靜態(tài)電子元件13和CPU芯片MCU11上的RST、 VCC和VSS符腳連接。液晶鏡片3和CPU芯片MCU11的輸出管腳相連接。
圖7是理想樣機控制程序的流程圖。當入射光照度高于特定的起始值，CPU 芯片MCU11啟動，產(chǎn)生兩個信號到它的輸出符腳，基于一個特定的時間間隔，在 "開"與"關"之間切換。
圖8顯示系統(tǒng)不同節(jié)點處的電信號。在頂端的圖表中顯示了來自太陽能電池 的直流電信號，當太陽能電池發(fā)出的電信號足夠高，CPU芯片MCU11被啟動并產(chǎn) 生兩個方波，兩個方波在一定相移下為異相方波。第2和第3個波形展示了CPU 芯片MCU11的輸出管腳1和2。底端的波形顯示組合信號操控液晶鏡片3。
圖9顯示液晶鏡片3在不同輸入電壓下的透過率變化。如圖所示，透過率過 了起始電壓后開始下降。
圖10顯示太陽能電池4的短路電流和開路電壓。太陽能電池產(chǎn)生的短路電 流，隨著太陽能電池上的光照度增長而線性增長，同時如圖10所示，在髙于一些 起始值后，太陽能電池的開路電壓曲線上升更為緩慢。
圖11是太陽光光能和輸出亮度曲線圖。
具體實施例方式
這項發(fā)明是一個用做眼鏡的電子裝置，由一個控制模組和液晶鏡片組成。液晶 片是由若干個層構成，最外層是偏光片，依次為玻璃或塑料導電膜層ITO， Pl取向 層，液晶層。以液晶層為中心兩邊成對稱結構，在兩個ITO導電膜層上施加一定幅 度的交流電壓，整個結構的透光率就會隨電壓信號的升高而降低。該液晶鏡片的透 過率由控制模組輸出的電壓幅度來確定，控制模組包括一個太陽能電池， 一個可輸 出幅度可變的交變信號的CPU芯片，和幾個其它靜態(tài)電了-元件。在太陽鏡中起主控作用的控制系統(tǒng)是一個模擬-數(shù)字混合電了-系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的 目的是將光能轉(zhuǎn)換為交流電信號，該交流電信號控制液晶鏡片的透過率，其系統(tǒng)能 耗很小，太陽能電池既充當傳感器，又提供電能給整個電子系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)包括一個太陽能電池， 一個CPU芯片，幾個靜態(tài)電了元件，和液晶鏡 片。CPU芯片和其它電了-元件充當靜態(tài)信號發(fā)牛器。信號由CPU芯片輸出到兩個 輸出矜腳，當給CPU芯片上施加足夠運行的電壓，兩個控制端會輸出交變信號，
該信號加在液晶片兩端，改變了液晶片的透過率。隨所加電壓的增大，光透過率下
降。當CPU芯片上施加的電壓小于閾值電壓，整個芯片不工作，加在鏡片上的控
制電壓為零，這時鏡片的透過率為最大。
電子電路系統(tǒng)可以使用的電能有限，是由太陽能電池和儲存在靜態(tài)電子元件
中的能量來提供。電容器被用來在整個時序循環(huán)中儲存能量，從而降低施加給CPU
芯片上電能可能增加或減少的比率。如果太陽能電池有足夠的電容，從電了電路系
統(tǒng)中剔除電容器也是可能的。CPU芯片選用了 Texas Instruments公司的產(chǎn)品，產(chǎn) 品型號是MSP430F2001,當然任何其它CPU芯片也可以作為替代產(chǎn)品，CPU芯 片的選擇是基于低能量消耗和尺寸。附加的電阻器和電容器被用來配置 MSP430F2001。根據(jù)CPU芯片的不同，電了-電路系統(tǒng)也可以有不同的設計。
在CPU芯片上施加的電壓差值，即在參考地電壓輸出符腳和供應電壓輸出 管腳之間的電壓差值，是直接從太陽能電池上獲得的。CPU芯片沒有使用模擬-數(shù) 字轉(zhuǎn)換器或其它任何方式的采樣信號。CPU芯片的輸出宵腳工作狀態(tài)類似于切換開 關輸出管腳先前是"開"的要"關"，輸出管腳先前是"關"的要"開"。不采 用信號采樣或運算對降低CPU芯片的電能消耗至關重要。
當施加在CPU芯片上的電壓大到足以啟動它，CPU芯片產(chǎn)生兩個信號。在 第一個輸出管腳上的第一個信號，隨著固定的時序，在CPU芯片的參考地電壓和 供應電壓之間交替變化；在第二個輸出管腳上的第二個信號，隨著固定的時序，在 CPU芯片的參考地電壓和供應電壓之間交替變化，在一個固定的相差下和第一個信 號異相。當施加在CPU芯片上的電壓不足以啟動它，CPU芯片輸出參考地電壓到 兩個輸出管腳上。CPU芯片輸出到兩個輸出符腳上的交流電壓信號，加在至少一個液晶鏡片的
兩個扦腳上。任何其它鏡片，如果其透過率是施加電壓的函數(shù)，該鏡片也可能成為 液晶鏡片的替代品。液晶鏡片的每個^腳和液晶鏡片內(nèi)的透明導電膜層連接。理想
樣機使用兩片STN-黃/綠型液晶鏡片，尺寸為大約1000平方毫米，當然，TN艱， STN-灰型，F(xiàn)STN型或其它類型的液晶鏡片也可能成為合適的替代產(chǎn)品。液晶鏡片 的電流消耗取決于其尺寸大小，液晶鏡片的尺寸取決于太陽能電池的尺寸，因此液 晶鏡片的透過率和太陽能電池上接收的入射光能相匹配。。
應用在CPU芯片上的程序被設計來減低電流的消耗，其避免了使用模擬-數(shù)字 轉(zhuǎn)換器或任何其它意義上的采樣信號，任何時候當CPU芯片不必啟動時都被設置 為休眠模式。避免使用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和當不需啟動時關閉CPU芯片，對減低整 個系統(tǒng)的電流消耗至關重要。
本文所闡述的該太陽鏡的鏡片，其光線的透過率根據(jù)照射在太陽鏡上的可見光 變化而不同。透過率變化的時間被設定在0.1秒到30秒之間。光的透過率水平在 最高值和最低值之間平緩持續(xù)地變化，最高透過率的范圍在25%到85°/。之間，最 低透過率的范圍在0.5%到50%之間。
光敏變色太陽鏡對不同光譜的響應高峰是紫外光，當在汽車里配戴光敏變色太 陽鏡時，汽車擋風玻璃將入射光譜中紫外光部分過濾掉了，從而太陽鏡不能變暗。 本發(fā)明中的太陽鏡響應可見光，對光譜的響應高峰在波長450納米到700納米之間， 因此，任何足夠明亮的可見光都可以啟動液晶鏡片，例如，本發(fā)明中使用的非晶硅 太陽能電池對光譜響應的高峰就是在可見光的范圍。
該發(fā)明的理想樣機是由一個太陽能電池模組，電子電路系統(tǒng)，以及安裝在眼 鏡架中的液晶鏡片組成。太陽能電池模組是采用非晶硅類電池，由4到8個單獨的 電池組成一個序列，模組的尺寸大約是10毫米長，5毫米寬。任何其它類型的太 陽能電池都可能成為適用的替代品，然而，太陽能電池的尺寸可能需要調(diào)整得小一 些或大一些，從而獲得同樣的輸出電能。
啟動液晶鏡片的電壓應高于啟動CPU芯片的電壓，這一點非常重要，液晶 片從不啟動到持續(xù)處于低透過率范圍之間，才可以保證透過率變化呈平滑狀態(tài)。正 性類型液晶片適用于該發(fā)明的太陽眼鏡。CPU芯片焊接在印刷電路板上，CPU芯片上的轉(zhuǎn);腳通過細線和電路板上較
大的電焊盤連接。電路板上的焊盤和液晶鏡片上的竹腳建立電路連接，或者直接焊 接起來，或者通過電線分別焊接在tr'腳，也可以采用其它連接方式，電路板上的焊 盤最好和液晶鏡片的符腳相鄰。每一個液晶鏡片有兩個符腳，每一個符腳和位于液 晶鏡片玻璃的兩個內(nèi)表面的電極連接。當給ff腳上施加電壓時，在液晶鏡片的兩個 電極之間會形成一個電場矢量，電場的存在扭轉(zhuǎn)了液晶分了-的雙極力矩，使其與電 場反向排列，阻止液晶分了-i扭轉(zhuǎn)通過液晶鏡片的偏振光，從而通過貼在液晶鏡片 上的偏光片來降低光的透過率。
權利要求
1、全自動電子變色鏡，其特征在于，含有眼鏡架，液晶鏡片，太陽能電池，印刷電路板，CPU芯片，后蓋，以及內(nèi)腔，其中眼鏡架，該眼鏡架是由左、右鏡框及連接所述左、右鏡框的鼻托組成，其中，所述鏡框是夾層式的；液晶鏡片，由左、右兩個鏡片構成，每個鏡片采用正性TN-液晶，所述每個鏡片有一對管腳，分別和處于所述鏡片相對的兩個表面上的電極連接，所述液晶鏡片在可見光范圍內(nèi)的透過率和加在所述一對管腳上的控制電壓相關當控制電壓超過設定的控制電壓閾值但又低于所述控制電壓的設定最大值時，透過率下降，控制電壓越高，則透過率越低；太陽能電池，是一個由多個非晶硅類電池組成的序列，該序列被嵌入到所述鼻托的外側(cè)框架上；該太陽能電池的輸入信號是太陽光，輸出是控制電壓信號；后蓋，該后蓋被密封地嵌入到所述鼻托的靠近人體鼻梁的內(nèi)側(cè)框架上；內(nèi)腔，開在所述鼻托內(nèi)，形成在所述太陽能電池、后蓋以及左、右鏡框拼成的空間中；印刷電路板，在所述內(nèi)腔內(nèi)，緊貼太陽能電池的里側(cè)；CPU芯片，架在所述印刷電路板上，該CPU芯片的電壓輸入端通過所述印刷電路板與太陽能電池的電壓輸出端相連，該CPU芯片的控制電壓輸出端通過所述印刷電路板與所述兩個鏡片的兩個管腳相連，用于向液晶鏡片施加控制電壓；所述CPU芯片按以下步驟控制所述液晶鏡片的透過率步驟(1)，當太陽能電池所受到的太陽光能量使該太陽能電池的輸出端施加在所述CPU芯片輸入端的電壓低于所述CPU芯片設定的工作閾值電壓時，則該CPU芯片處于休眠狀態(tài)，沒有控制電壓輸出；步驟(2)，當太陽能電池所受到的太陽光能量足以使該太陽能電池的輸出端施加在所述CPU芯片的輸入端的電壓超過該CPU芯片的工作閾值電壓時，則該CPU芯片的兩個控制電壓信號輸出端各自輸出幅度正比于集成電路芯片的工作電壓、頻率相同\占空比也相同的電壓，但是相位相差180度，且兩者相減后形成控制電壓。
2、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，所 述印刷電路板和鏡片的一對管腳之間的電連接是通過一個穿過所述 左或右鏡框的孔洞的連接器實現(xiàn)的。
3、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，在 所述太陽能電池的向CPU芯片供電的輸出端并聯(lián)一個儲能電容。
4、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，所 述CPU芯片的輸入端接入了 一個阻容串聯(lián)的分壓電路。
5、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，所 述的液晶鏡片是STN -黃綠或灰型液晶鏡片。
6、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，所 述后蓋是鏡架的一部分。
7、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，所述的太陽能電池的輸入光是可見光。
8、 根據(jù)權利要求7所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，所述可見光的波長在400納米到700納米之間。
9、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，透 過率變化響應的時間在0. 06秒至30秒間。
10、 根據(jù)權利要求1所述的全自動電子變色鏡，其特征在于，步 驟(2)中所述的相位的差值是設定的。
全文摘要
全自動電子變色鏡屬于電子變色鏡技術領域，其特征在于，含有眼鏡架、液晶鏡片、太陽能電池、印刷電路板、后蓋、CPU芯片及內(nèi)腔，該內(nèi)腔位于眼鏡架的鼻托內(nèi)，位置在太陽能電池、后蓋、內(nèi)置有液晶鏡片的左、右鏡框之間。液晶鏡片采用正向TN-液晶。若太陽能電池的輸出電壓低于該CPU芯片的工作閾值電壓，該CPU芯片處于休眠狀態(tài)，不輸出控制電壓信號；若太陽能電池的輸出電壓大于該CPU芯片的工作閾值電壓，則該CPU芯片的兩個輸出端各自輸出頻率相同、占空比相同、電壓幅度正比于CPU芯片的工作電壓但相位相差180度的控制電壓信號，使液晶的透過率下降，外界的光越強，加在CPU芯片上的電壓越高，液晶上的控制電壓幅度也就越大，因此液晶的透過率也就越低，實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)的目的。
文檔編號G02F1/133GK101592795SQ20081011302
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權日2008年5月27日
發(fā)明者陳明徹 申請人:北京市加華博來科技有限公司