ПРОТИВООСЛЕПЛЯЮЩИЕ ОЧКИ ДЛЯ ВОДИТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ
ANTIDAZZLE GLASSES FOR CAR DRIVERS

Изобретение относится к устройствам обеспечения безопасности дорожного движения.
Известно, что до 10% автомобильных аварий в России (за рубежом - до 15%) происходят из-за ослепления водителей светом фар встречного транспорта [Хасанов Р.Х. и др. Диагностирование и техническое обслуживание фар автомобилей. Методические указания к лабораторной работе, Оренбург. РИК ГОУ ОГУ, 2004]. Аварии эти обычно происходят на большой скорости и их последствия особенно тяжелы: ослепление - основная причина гибели людей на дорогах [http://autoconsulting.com.ua/article.php?sid=10612].
Физическая основа ослепления состоит в том, что при резком изменении внешней освещенности начинаются два процесса: изменение диаметра зрачка и резкий рост скорости распада зрительного пигмента (при возрастании внешней освещенности) или восстановления его (при уменьшении освещенности). Пока размеры зрачков и концентрация пигмента не стабилизируются, глаз или не способен что-либо видеть, или не различает детали. Время полного ослепления фарами составляет от 7 до 35 секунд (при скорости 70 км/час это эквивалентно расстоянию 136…680 м, преодоленному вслепую), а возврат в состояние с максимальной чувствительностью глаза (наибольшим числом одновременно различимых полутонов) наступает только через 3 минуты [http://artedeus.rn/analiz-prichin-dtp/osnovnye-prichiny-dtp/15-dvizhenie-v-uslovijakh-nedostatochnojj-vidimosti.html].
Ситуация усугубляется тем, что стандарты, например ГОСТ Р 51709-2001 «ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ К ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ И МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ» (см. п.4.3) не устанавливают требования по углу расхождения светового пучка в сторону встречной полосы движения. К тому же на расходимость луча влияют такие в общем-то случайные факторы, как нагрузка автомобиля и ее распределение по салону (в т.ч. количество бензина в баке), состояние амортизаторов, давление в шинах, загрязненность фар и состояние атмосферы. В результате даже правильная настройка освещения в оборудованных технических центрах не гарантирует отсутствие ослепления в дальнейшем.
Основным способом борьбы с ослеплением являются очки водителя.
Существует большая группа очков с желтыми стеклами/пластиками (например, водительские очки (Федоровские) релаксационные комбинированные «Антифары», Yellow Sheer Vision, Safe Life, Matsuda и др.). Их производители заявляют, что наличие светофильтра позволяет бороться с ослеплением за счет устранения синей составляющей спектра - считается, что наиболее яркие лампы, галогенные и ксеноновые, имеют максимум именно в этой области [http://www.radovanie.ru/news/index.html].
nd
Однако яркость ксеноновых и галогенных ламп существенно превосходит обычные лампы во всех частях спектра. Кроме того, существует класс ярких всепогодных ламп (Philips H4 Weather Vision; Narva H4 Azzurro; General Electric H4 AllDay; IPF H4 Superbeam), имеющих желтоватый оттенок, и лампы накаливания повышенной мощности. К тому же, в желтой области спектра диапазон одновременно различимых яркостей (полутонов) наиболее узкий [Д.Джадд, Г.Вышецки. Цвет в науке и технике. - М.: Мир, 1978, с.305]. В результате, наличие желтого светофильтра на самом деле не устраняет ослепление [Alien M.J., Abrams B.S., Ginsburg A.P. et al, Forensic aspects of vision and highway safety (судебные аспекты зрения и безопасности на скоростных дорогах), 2 ed. S.a., 2000].
Известны также поляризационные очки водителей, например, CafA France, DriveWear, Спорт Polar Drive PD. Такие очки поглощают часть света, поляризованную перпендикулярно их оси максимального пропускания (эта составляющая преобладает в отраженном свете). Однако поскольку ослепляющее действие оказывает прямой свет, поляризационные очки реально не повышают безопасность движения ночью.
Известны также защитные очки с автоматически изменяемым пропусканием, использующие поляризующие пленки вместе с жидкокристаллическими затворами. В частности, в патенте JP №11160659 [Ori Meiyo, Protection kit for eyes provided with transparent lens unit having darkening function (защитное устройство для глаз с прозрачными линзами, имеющими функцию затемнения), публ. 18.06.1999] и патенте US №5608567 [Grupp J., Variable transparency electro-optical device (электрооптическое устройство с изменяемым пропусканием), МПК A61F 9/04, опубл. 04.03.1997] предложены устройства, содержащие оправу и, по крайней мере, одну жидкокристаллическую шторку, затемняющуюся в соответствии с изменением интенсивности внешней освещенности, и схему управления, дающую сигнал на затемнение для защиты от источников яркого света. В патенте US №5608567, кроме того, предложено использовать для этой цели электрохромный материал.
К сожалению, в этой конструкции освещенность снижается по всему полю зрения, а не только в зоне повышенной яркости. В результате падает яркость не только освещенной собственным светом фар дороги, но и прилегающих темных обочин. Т.о., различимость деталей даже снижается.
Этого недостатка лишены очки, содержащие две жидкокристаллические матрицы, микровидеокамеру и преобразователь, подающий сигнал на закрывание только на элементы матрицы, перекрывающие место нахождения фар встречного автомобиля [патент DE №19535863, М. Langer, Anti-glare LCD spectacles for e.g. car driver (противоослепляющие очки с жидкокристаллическими дисплеями, например, для водителя), опубл. 20.03.1997] и [патент RU №2154851, Орешков О.В. Устройство для защиты глаз от действия яркого света, МПК G02C 7/10, B60R 1/00, B60J 3/00, опубл. 20.08.2000]. В заявке RU №2001102271 [Абдра-шитова С.И.; Людин Н.А. Способ защиты пользователя транспортным средством от ослепления встречным транспортным средством, МПК B60J 3/00, опубл. 10.03.2003] предложен способ защиты пользователя транспортным средством от ослепления встречным транспортным средством, заключающийся в том, что на транспортном средстве между глазами пользователя транспортного средства и встречным транспортным средством помещают фотохромный материал, затемняющийся в локальной области, находящейся на пересечении прямой, соединяющей источник излучения, и зрачок глаза пользователя транспортного средства с фотохромным материалом. Координаты локальной области фотохромного материала, облучаемой от источника направленного излучения, определяют, пересчитывая координаты источника излучения, получаемые от устройства определения координат источника излучения. Очевидно, что эти устройства слишком дороги, чтобы стать массовыми.
Известны также системы очков для борьбы с ослеплением, характеризующиеся экранированием отдельных участков поля зрения водителя.
Классическим примером таких очков является устройство согласно патенту WO №9302379 [Popescu Т., Anti-glare eye-glasses (противоослепляющие очки), опубл. 04.02.1993]. Очки выполнены в виде трубы с конусным расширением вблизи зрачка глаза, через которую может наблюдаться только своя полоса движения - свет встречного транспорта не попадает в глаза. Недостатком этой конструкции является отсутствие информации о полосе встречного движения - труба является непрозрачной.
Устройство по патенту RU №2274439 (Коротаев Н.В. Противоослепляющие очки для автомобилистов, МПК A61F 9/02, G02C 7/00, опубл. 20.04.2006) состоит из оправы очков, стекол и затемняющих полупрозрачных экранов, закрывающих часть стекол. Затемняющие полупрозрачные экраны нанесены на левые половины обоих стекол очков со стороны встречного транспорта от вертикальной оси симметрии, проходящей через оптический центр стекол, до оправы очков.
В патенте US №6450636 [Ylipelkonen R., Anti-glare eyeglasses (противоослепляющие очки), МПК G02C 7/16, опубл. 17.09.2002] предлагаются очки, содержащие прозрачные и полупрозрачные зоны, причем прозрачная зона имеет вид V-образного сегмента в верхней центральной части очков. Данные изобретения позволяют снизить усталость глаз от ослепления фарами встречного транспорта, однако в отсутствие встречного транспорта эти очки надо снимать - иначе поле зрения ограничивается.
Этих недостатков лишены защитные очки от ослепления светом фар встречного транспорта согласно заявке RU №93037244 (Мамаев Г.А., Одинцов Л.А. Защитные очки от ослепления, МПК G02C 7/10, опубл. 20.02.1996). Согласно этому изобретению на стекле очков в верхней и боковой частях (слева при левостороннем движении и справа при правостороннем движении) нанесено полупрозрачное покрытие, причем его нижняя кромка имеет конфигурацию, адекватную траектории перемещения фар встречного транспорта по стеклам очков. Для защиты глаз водитель немного наклоняет голову вперед, изменяет угол зрения и при проезде встречного транспорта возвращает голову в прежнее положение.
Близко к этому техническое решение по патенту RU №2055382 (Лутьянов Н.А., Гарбар Н.Л. Устройство для защиты водителя транспортного средства от ослепления, МПК G02C 7/10, опубл. 27.02.1996), содержащее надеваемый на голову водителя держатель, два светофильтра, выполненных в виде плоскопараллельных пластин, размещенных на держателе с возможностью перемещения, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен стержень, размещенный параллельно продольной оси держателя с возможностью перемещения вдоль него и поворота относительно него, а оба светофильтра шарнирно установлены на одинаково отогнутых концах стержня. Светофильтры располагаются в верхних левых четвертях (при правостороннем движении) секторов обзора глаза. При разъезде с встречным транспортом водитель слегка наклоняет голову и светофильтры перекрывают световой поток фар встречного транспорта.
В патенте US №6089705 (Ertz P., Manually-tillable anti-glare device /вручную откидываемое противоослепляющее устройство, МПК G02C 9/00, опубл. 18.07.2000) очки имеют клипсы, в обычном состоянии поднятые, а при разъезде со встречным транспортом опускаемые. В данном случае требуется не только время для перевода защитных экранов в рабочее положение, но и использование для этого одной из рук, что чревато дополнительными угрозами при вождении. В патенте RU №2271941 (Яримов М.О. Способ защиты водителя от ослепления, МПК B60J 3/02, опубл. 20.03.2006) предлагается источник внезапной засветки перекрывать с помощью экранов, расположенных непосредственно рядом с глазом в левой верхней части поля зрения. Экран вращается вокруг оси, расположенной в верхнем левом углу, имеет два положения (исходное, когда он располагается выше поля зрения, и рабочее, когда он введен в поле зрения) и вводится при необходимости незначительным движением головы или верхней части тела вправо или вправо и вниз одновременно; одновременно с перемещением экранов зрачки смещаются в противоположном направлении. После расхождения с источником ослепления обратными процедурами экраны и глаза возвращаются в исходное положение, поле зрения полностью открывается.
В патенте US №4828380 (Gabe С., Anti-glare eyeglasses (противоослепляющие очки), МПК G02C 7/10, опубл. 09.05.1989) предлагается конструкция очков, в которых каждая линза или поле зрения каждого глаза водителя транспортного средства содержит:
а) центральную область видения, включающую верхнюю часть и нижнюю часть поля зрения и позволяющую водителю, голова которого находится в нормальном положении, свободно наблюдать водительскую сторону дороги по крайней мере от правой обочины до центра дороги;
б) затемненную область, расположенную левее центра поля зрения и имеющую верхнюю границу, нижнюю границу и правую границу, примыкающую к указанному центру поля зрения, где:
1) нижняя граница затемненной области преимущественно является прямой линией, наклоненной под углом (А), под которым проходят траектории фар встречных автомобилей и ниже которой свет от встречных фар попадает в глаза водителя;
2) расстояние между верхней и нижней границами затемненной области достаточно для экранирования света фар встречного транспорта;
3) правая граница затемненной области смежна с центром поля зрения, преимущественно является прямой линией и вертикальна;
4) затемненная область достаточна для обеспечения эффективного экранирования света фар встречных автомобилей на пределе периферического зрения водителя.
В варианте исполнения патента US №4828380 водитель может вводить/выводить затемняющие экраны описанной формы из поля зрения, механически или с помощью самоклеющихся материалов.
Указанные способы и конструкции требуют осуществления водителем определенных движений, на которые обычно нет времени при ослеплении. Кроме того, при движении по неровной дороге (на ухабах) будет происходить нежелательное самопроизвольной опускание защитного экрана. Таким образом, эффективная защита водителя от внезапного ослепления не обеспечивается.
6
Наиболее близким аналогом - прототипом к изобретению является конструкция противоослепляющих очков для водителей автомобилей, описанная в патенте RU №2088190, МКИ A61F 9/02, опубл. 27.08.1997, содержащая оправу очков, стекла и затемняющие полупрозрачные экраны, закрывающие часть нижней половины стекол очков с расширением книзу и в сторону, при этом затемняющие полупрозрачные экраны расположены на обоих стеклах очков в одну сторону от их оптических центров, затемняющие полупрозрачные экраны выполнены в виде треугольников с вершинами острых углов в оптических центрах стекол, расположенных на расстоянии, равном расстоянию между центрами зрачков глаз водителя, причем треугольные экраны выполнены с расширением в сторону движения встречного транспорта, а углы при вершинах треугольных затемняющих экранов, расположенных в оптических центрах стекол противоослепляющих очков, могут составлять по 45±5°.
Как будет показано ниже, очки, изготовленные согласно патенту-прототипу, с границами поля зрения в виде прямых или преимущественно прямых линий, в самом общем случае перекрывают избыточную часть поля зрения. Это является их недостатком: чем меньше деталей дорожной обстановки различимы, тем больше угроза безопасности движения. Предложение прототипа - патента RU №2088190 ограничиться перекрытием поля зрения в виде треугольника с вершиной 45±5°, наоборот, оставляет открытой значительную часть поля, в котором возможно нахождение фар встречного автомобиля: по нашим расчетам, полное перекрытие при исполнении полупрозрачного экрана в виде треугольника обеспечивает лишь угол в вершине, равный 80° и более. Еще одним недостатком патентов-прототипов является либо постоянное перекрытие зоны поля зрения, в которой возможно появление ослепляющих фар встречных автомобилей, либо необходимость их ручного ввода.
Как следует из описания патентов-аналогов и прототипа, нет понимания, какую область поля зрения необходимо перекрывать: в одних случаях предлагается закрывать верхнюю половину (патент US №6089705) или левый сектор верхней половины (патенты RU №2055382 и №2271941, заявка RU №93037244), в других - всю левую половину (патент RU №2274439), в третьих - треугольник с вершиной в центре (патент RU №2088190 и патент US №4828380) или, наоборот, оставлять открытым треугольник в верхней центральной зоне (патент US №6450636). Очевидно, что авторы этих изобретений не представляют себе реальную область прохождения встречных фар.
Тем самым не выполняется главная задача этих устройств - обеспечение невозможности ослепления встречным транспортом: область перекрытия одновременно и избыточна, и недостаточна (во всех патентах, кроме патента RU №2274439 и патента US №4828380, в которых она только избыточна).
Сущность изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности защиты глаз от ослепления без ухудшения видимости дороги и прилегающих обочин за счет автоматического изменения пропускания части стекол очков в зоне вероятного прохождения траекторий света фар левее оси зрения, в обосновании необходимой и достаточной формы границ затемняемой зоны.
Технический результат достигается тем, что противоослепляющие очки для водителей автомобилей, содержащие оправу очков и стекла с затемняющимися зонами, расположенными на обоих стеклах очков в стороне от их оптических центров, дополнительно снабжены в оправе очков фоточувствительным элементом и схемой автоматического управления пропусканием стекол в той части поля зрения, через которую в глаза поступает свет фар встречного автотранспорта, стекла выполнены в виде электрооптического устройства, которое имеет в поле зрения каждого глаза постоянно прозрачную зону и зону электрически управляемого затемнения, в состав которого входят, по крайней мере, две пластины, причем первая прозрачная пластина с токопроводящим прозрачным покрытием, а вторая прозрачная пластина с токопроводящим покрытием, геометрические размеры которого перекрывают только затемняемую часть поля зрения, при этом между пластинами расположено электрооптическое вещество.
max
max
max
0min
min
min
min
0max
max
min
Кроме того, в противоослепляющих очках для водителей автомобилей верхняя граница зоны автоматического затенения определяется как геометрическое место точек с координатами (α,θ), где α=arctgΔ/L по оси абсцисс и θ=arctg(H-H)/L по оси ординат, а нижняя граница зоны автоматического затенения определяется как геометрическое место точек с координатами (α,θ), где α=arctgΔ/L по оси абсцисс и θ=arctg(H-H)/L по оси ординат, при этом центр поля зрения совпадает с началом отсчета углов α, θ и θ,
где α - угол горизонтального отклонения влево от центра поля зрения глаза водителя;
max
θ - угол вертикального отклонения вверх от центра поля зрения глаза водителя;
min
θ - угол вертикального отклонения вниз от центра поля зрения глаза водителя;
L - расстояние от глаз водителя до встречного автомобиля, измеренное от точки пересечения плоскости фар встречного автомобиля с направлением взгляда водителя;
Δ - расстояние от ближней к центру дороги грани фары до перпендикулярной к дороге плоскости, содержащей направление взгляда водителя;
0min
0max
H и H - соответственно минимальная и максимальная высота глаз водителя относительно уровня дороги;
min
max
H и H - соответственно минимальная и максимальная высота краев фар встречного транспорта относительно уровня дороги,
геометрические размеры токопроводящего покрытия первой пластины совпадают с полем зрения водителя; геометрические размеры токопроводящего покрытия первой пластины совпадают с геометрическим размером покрытия второй пластины; в качестве электрооптического устройства используют жидкокристаллический дисплей; в качестве электрооптического устройства используют электрохромный дисплей.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, примером конкретного исполнения и описанием.
На фиг.1 изображена оптическая схема дороги (горизонтальная проекция).
На фиг.2 изображена оптическая схема дороги (вертикальная проекция).
На фиг.3 изображена расчетная область, которую необходимо затенять для устранения ослепления фарами встречного транспорта.
На фиг.4 - пример очков согласно изобретению.
На фиг.5 - пример схемы управления устройства согласно изобретению.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - темные элементы дороги;
1а - свет от фар встречного транспорта;
2 - фоточувствительный элемент;
3 - провода соединительные от схемы автоматического управления к фоточувствительному элементу;
4 - схема автоматического управления;
5 - провода соединительные от схемы автоматического управления к дисплеям;
6а - дисплей первый на темном элементе (6а);
6б - дисплей второй на светлом элементе (6б);
6L - дисплей левый;
6R - дисплей правый;
7 - водитель (точнее глаза водителя);
8 - зона, в которой вероятно прохождение фар встречного транспорта (точнее свет от фар встречного транспорта);
9 - оправа очков.
Противоослепляющие очки для водителей автомобиля содержат фоточувствительный элемент 2 и схему автоматического управления 4 в оправе очков 9. Стекла очков выполнены в виде электрооптического устройства (электрооптического дисплея), которое состоит, по крайней мере, из одного дисплея 6а - первый дисплей на темном элементе, 6б - второй дисплей на светлом элементе (см. фиг.4 и фиг.5). На фиг.4 электрооптические дисплеи 6а и 6б изображены в прямой проекции и обозначены как левый электрооптический дисплей 6L и правый электрооптический дисплей 6R.
Устройство согласно данному изобретению функционирует следующим образом. При постоянной внешней освещенности (днем, ночью при уличном освещении) или разряженном аккумуляторе электрооптическое устройство имеет максимальное пропускание по всему полю зрения. При движении по трассе или неосвещенной улице свет фар встречного автомобиля улавливается фоточувствительным элементом, который выдает электрический сигнал для автоматического уменьшения пропускания дисплея в той части поля зрения, через которую в глаза поступает свет фар встречного автотранспорта. После разъезда со встречным транспортом пропускание дисплея по всему полю зрения восстанавливается до начального уровня.
Таким образом, свет фар встречного автомобиля ослабляется до приемлемого уровня, при этом освещенность дороги в попутном направлении от собственных фар и прилегающей обочины не изменяется.
1
1
1
1
1
max
1
На фиг.1 показана оптическая схема дороги (горизонтальная проекция). Линия ББ - бордюр (обочина) с правой стороны дороги, линия BB - бордюр встречной полосы, линия OO - осевая. Положение глаз водителя автомобиля I обозначено буквой А, линия AA - направление взгляда. Навстречу автомобилю I (его фары не изображены) движется автомобиль II. Расстояние L - расстояние от глаз водителя до встречного автомобиля, измеренное от точки пересечения плоскости фар встречного автомобиля с направлением взгляда водителя). Расстояние Δ - расстояние от ближней к центру дороги грани фары встречного автомобиля до перпендикулярной к дороге плоскости, содержащей направление взгляда водителя AA; Δ - расстояние между перпендикулярной к дороге плоскостью, содержащей направление взгляда водителя AA и дальней от него грани фарой. Угол α - угловое смещение фар встречного автомобиля по горизонтали.
Величина Δ не может быть меньше 1.0 м (при движении автомобилей навстречу друг другу в смежных полосах движения и расстоянии при разъезде 0.5 м).
1
1
0
0
На фиг.2 показана оптическая схема дороги (вертикальная проекция). Линия OO - плоскость дорожного полотна. Минимальное ослепляющее расстояние между встречными автомобилями L=3 м. Высота глаз водителя относительно уровня дороги Н зависит от антропометрических характеристик водителя (роста, длины туловища и ног, расположения глаз) типа автомобиля и регулировки сидения. По оценкам авторов данного изобретения, все возможные варианты для водителей легковых автомобилей, внедорожников и микроавтобусов (включая коммерческие автобусы, например ГАЗ-3221 «Газель») укладываются в диапазоне Н=0.9…1.8 м.
min
max
max
Минимальная высота нижней грани фары (рассеивателя) от уровня дороги H=0.4 м (для автомобилей ВАЗ-2109 с ослабленной передней подвеской), максимальная высота от верхней грани фары H=1.2 м (для автомобилей УАЗ-2206, УАЗ 3303). Для автомобилей КАМАЗ H=1.15 м; для ГАЗ-3221 «Газель» и многих внедорожников - 1.1 м. Эти экспериментальные данные соответствуют международным нормам «Правила №1-7 ЕЭК ООН» «Приборы внешние световые автомобилей, тракторов, прицепов и других транспортных средств: количество, расположение, цвет, видимость». Отсюда можно рассчитать минимальные углы падения ослепляющего света:
min
max
max
- по горизонтали α (для минимального расстояния между направлениями движения автомобилей Δ) и α (для максимального расстояния между направлениями движения автомобилей Δ);
min
0max
min
max
0min
max
- по вертикали θ (для H=1.8 м и H=0.4 м) и максимальный θ (для H=0.9 м и H=1.2 м) в зависимости от удаленности L встречных автомобилей друг от друга.
min
max
max
min
min
0max
min
max
max
0min
Указанные функции ни в коей мере не являются линейными, а представляют собой графики α=arctg Δ/L; α=arctg Δ/L; θ=arctg(H-H)/L (фактические значения θ - отрицательные, это означает направленность вниз от горизонтальной оси поля зрения); θ=arctg(H-H)/L.
Расчет горизонтального смещения α и вертикального смещения θ при сокращении расстояния L между встречными автомобилями представлен в таблице 1. При расчете учитывалось то, что наибольший угол наблюдения α, при котором ослепляющий свет попадает в глаз водителя, равен 60° (обычно он составляет 45°, но в ряде случаев, для загрязненных фар, в тумане, для автомобилей с малой глубиной отражателя фары (например, ВАЗ-1111 «Ока») и т.д. угол рассеяния увеличивается).
Таблица 1
L, м
Δ
tg α<sub>min</sub>
α<sub>min</sub>
H<sub>min</sub>-H<sub>0max</sub>
tg θ<sub>min</sub>
θ<sub>min</sub>
H<sub>max</sub>-H<sub>0min</sub>
tg θ<sub>max</sub>
θ<sub>max</sub>
0.58
1.733
60°
-2.426
-67°36'
0.52
27°29'
1
1.000
45°
-1.4
-54°28'
0.3
16°42'
2
0.500
26°35'
-0.7
-35°
0.15
8°32'
3
0.333
18°25'
-0.467
-25°06'
0.101
5°48'
5
1.0 м
0.2
11°18'
-0.28
-15°39'
0.061
3°30'
10
0.1
5°42'
-1.4 м
-0.14
-7°06'
0.3 м
0.030
1°45'
20
0.05
2°54'
-0.07
-4°
0.015
0°52'
50
0.02
1°09'
-0.028
-1°36'
0.006
0°21'
100
0.01
0°36'
-0.014
-0°48'
0.003
0°10'
300
0.003
0°12'
-0.005
-0°16'
0.001
0°03'
∞
0
0°
0
0°
0
0°
Таблица 2
L, м
Δ<sub>max</sub>
tg α<sub>max</sub>
α<sub>max</sub>
H<sub>min</sub>-H<sub>0max</sub>
tg θ<sub>min</sub>
θ<sub>min</sub>
H<sub>max</sub>-H<sub>0min</sub>
tg θ<sub>max</sub>
θ<sub>max</sub>
13.3
1.733
60°
-0.105
-6°06'
0.023
1°20'
15
1.533
56°54'
-0.093
-5°20'
0.020
1°09'
20
1.150
47°
-0.070
-4°
0.015
0<sup>0</sup>52'
25
0.920
42°37'
-0.056
-3<sup>0</sup>12'
0.012
0°42'
30
23.0 м
0.767
37°29'
-1.4 м
-0.047
-2°40'
0.3 м
0.010
0°30'
50
0.460
24°42'
-0.028
-1°36'
0.006
0°21'
100
0.230
12°57'
-0.014
-0°48'
0.003
0°10'
200
0.115
6°34'
-0.007
-0°24'
0.002
0°05'
300
0.077
4°23'
-0.005
-0°16'
0.001
0°03'
∞
0
0°
0
0°
0
0°
max
max
min
Расчеты показывают, что все возможные случаи взаимного расположения водителя и встречного автотранспорта укладываются между кривыми, рассчитанными для минимального расстояния от ближней к центру дороги грани фары встречного автомобиля до перпендикулярной к дороге плоскости, содержащей направление взгляда водителя Δ=1.0 м. Например, при Δ=23 м (что соответствует дороге с двухсторонним движением по 3 ряда в каждом направлении и расположении встречных автомобилей вплотную к обочине) траектории движения фар приближаются к линии горизонта, а максимальное расхождение между углами θ и θ составит всего 7°26' (см. таблицу 2). Аналогичный параметр для Δ=1 м превышает 95° (см. таблицу 1).
На фиг.3 показана область, которую необходимо затенять для предотвращения ослепления фарами встречного транспорта.
max
max
0min
min
min
0max
На фиг.3а показана область затенения для универсального варианта автомобилей (особо малые класса А (типа «Оки»), малые класса В (Hyundai Getz), малые средние класса С (Toyota Corolla), средние класса D (Ford Mondeo), высшие средние класса Е (Audi A6), высшие класса F (Audi А8), купе класса G1 (ВАЗ-21123) и G2 (Cadillac Eldorado), кабриолеты Н (Renault Megane СС), универсалы с повышенной проходимостью I, внедорожники К1, К2 и К3, пикапы К4, минивэны L (Fiat Doblo Panorama) и малые коммерческие класса М («Газель») [www.ru.wikipedia.org]. Сверху она ограничена кривой θ=arctg(H-H)/L, снизу - кривой θ=arctg(H-H)/L, рассчитанными для предельного случая минимального расстояния между направлением взгляда водителя и фарами встречного автомобиля (Δ), а слева - вертикальной линией, соответствующей границе периферического поля зрения (60°). Пунктирные линии - прямые, ограничивающие поле зрения согласно прототипу. Видно, что они охватывают излишние области поля зрения.
0
Основная масса водителей эксплуатирует автомобили классов А - Н, для них Н находится в пределах 1.1…1.3 м. В таблице 3 приведен расчет предельных угловых размеров затеняемой зоны для этого случая, а на фиг.3б этот вариант изображен графически.
Таблица 3
L, м
Δ
tg α<sub>min</sub>
α<sub>min</sub>
H<sub>min-</sub>H<sub>0max</sub>
tg θ<sub>min</sub>
θ<sub>min</sub>
H<sub>max</sub>-H<sub>0min</sub>
tg θ<sub>max</sub>
θ<sub>max</sub>
0.58
1.733
60°
-1.560
-57°20'
0.173
9°49'
1
1.000
45°
-0.900
-41°59'
0.100
5°43'
2
0.500
26°35'
-0.450
-24°14'
0.050
2°52'
3
0.333
18°25'
-0.300
-16°42'
0.034
1°57'
5
1.0 м
0.2
11°18'
-0.180
-10°12'
0.020
1°09'
10
0.1
5°42'
-0.9 м
-0.090
-5°08'
0.1 м
0.010
0°35'
20
0.05
2°54'
-0.045
-2°35'
0.005
0°17'
50
0.02
1°09'
-0.018
-1°02'
0.002
0°07'
100
0.01
0°36'
-0.009
-0°31'
0.001
0°03'
300
0.003
0°12'
-0.003
-0°10'
0.000
0°
∞
0
0°
0
0°
0
0°
Дополнительным преимуществом дисплея по данному предложению является то, что площадь поля зрения с изменяемым пропусканием составляет примерно 20% от общего поля зрения, а для водителя стандартного автомобиля - еще меньше, примерно 12%. Это означает меньшие затраты на автономный источник питания очков, срок их службы без замены батарейки или перезарядки аккумулятора увеличивается в 5…8 раз.
На фиг.4 показан пример очков согласно изобретению: на фиг.4а - при выключенных элементах, когда нет встречных автомобилей, на фиг.4б - при включенных элементах, затемняющих область прохождения света фар. Следует отметить, что при проектировании электрооптического устройства согласно данному изобретению задаются именно угловые размеры затеняющей зоны. Что касается ее линейных размеров, то они зависят от удаленности от зрачка: электрооптическое устройство - дисплей смонтированное в оправе, предназначенной для использования водителями, не носящими очков для коррекции зрения, удалено от зрачков на 1.5…2 см. Такое же устройство, носимое в дополнение к коррегирующим очкам поверх них, располагается уже на расстоянии в 2 раза большем.
В принципе, существует вероятность незначительного отклонения затемняемой зоны от траекторий прохождения фар, обусловленная неровностями и поворотами дороги, а также особенностями строения водителя. В этих случаях водитель всегда может произвести индивидуальную подстройку простым наклоном головы в ту или иную сторону.
Еще один момент связан с капотом двигателя. Он ограничивает поле зрения снизу очень существенно - в некоторых автомобилях все поле зрения ниже минус 30°. Но в зону прохождения траекторий фар встречных автомобилей капот обычно не заходит (исключение составляют лишь спортивные автомобили с мощным двигателем), а у таких автомобилей, как Fiat Doblo Panorama, наоборот, капот практически не обрезает поле зрения. В связи с этим на расчетную форму границ затемняемой зоны наличие капота автомобиля не влияет.
На фиг.5 дан пример схемы электрооптического устройства согласно данному изобретению.
На фиг.5а, в отсутствие ослепляющего света фар, свет от темных элементов дороги 1 попадает на фоточувствительный элемент 2. По проводам 3 фототек поступает в схему автоматического управления 4. При значениях фототока ниже установленного порога напряжение по проводам 5 на дисплей 6 не поступает, он находится в состоянии максимального пропускания и водитель 7 видит все элементы 1.
При наличии света от встречных фар 1а (фиг.5б) фототек от фоточувствительного элемента 2 превышает установленный порог, схема автоматического управления (микросхема) 4 по проводам 5 подает на дисплеи 6L и 6R управляющее напряжение, превышающее пороговое. Зона 8, в которой вероятно прохождение фар встречного транспорта, включающая и свет от фар 1а, переходит в состояние минимального пропускания, в то время как свет от остальной части дорого (темных элементов 1) проходит через дисплей 6 к водителю 7 без искажений. Таким образом обеспечивается ослабление света только в зоне вероятного прохождения фар.
Вышеперечисленные примеры относились к дорогам с правосторонним движением. Для стран с левосторонним движением расчеты дают аналогичные графики с правой стороны от оптических центров стекол.
Возможны и другие варианты управления.
В качестве электрооптического дисплея могут быть применены жидкокристаллические, электрохромные и другие типы дисплеев с электрическим регулированием пропускания.
Жидкокристаллические дисплеи имеют на своих внешних поверхностях пленочные поляризаторы света. Электрооптическое вещество - жидкий кристалл - в исходном состоянии (в отсутствие напряжения) вращает плоскость поляризации проходящего света на 90°. Под действием напряжения способность вращения поляризации теряется и свет выходящий из жидкокристаллического слоя свет имеет то же направление поляризации. Если такую ячейку разместить между парой поляризаторов, оптические оси которых скрещены, в отсутствие напряжения все поле будет максимально прозрачным (на уровне 35%), а на тех участках прозрачных токопроводящих покрытий пластин, между которыми имеется разность напряжений, равная 3…5 В частотой 32…2000 Гц, пропускание будет минимальным (в зависимости от величины напряжения и эффективности поляризации поляроидов - до 0.1%). При ориентации входного поляризатора так, чтобы его ось поглощения проходила вертикально, отраженный от дороги и других предметов (стекол, зеркал и т.д.) свет, поляризованный преимущественно горизонтально, будет поглощаться почти полностью, а поляризованный вертикально свет - проходить к глазам с минимальным поглощением. Естественный свет от внешних источников (солнца, фар, уличного освещения и т.д.) имеет максимальный коэффициент пропускания на уровне 35%. Пропускание жидкокристаллических дисплеев во включенном и выключенном состояниях практически не имеет зависимости от длины волны (нейтрально).
Электрохромные дисплеи характеризуются зависимостью цвета электрооптического материала от электрического поля в ней. Физическая основа электрохромизма состоит в инжекции электронов из отрицательного электрода и захвату их анионными вакансиями в электрохромном материале, при этом образуются центры поглощения и материал становится темноокрашенным. При перемене полярности инжекции новых электронов из второго электрода препятствует изолирующий слой вблизи него, а электроны из ранее образованных центров поглощения экстрагируются анодом. В результате дисплей возвращается в просветное состояние.
Электрохромные дисплеи работают при низком напряжении (0.4…1.5 В постоянного тока), имеют наиболее высокий коэффициент пропускания (до 70%) и угол обзора (±89°). Пропускание в закрытом состоянии составляет 5…7%. Дисплей в открытом состоянии бесцветен, в закрытом - хорошо поглощает красную и зеленую части спектра, в синей области его пропускание несколько выше.
Использование жидкокристаллического дисплея или электрохромного дисплея обеспечивает четкое изображение движущегося автомобиля с остаточным пропусканием.