Адаптивный поляризационный противослепящий фильтр (аппф)

Фильтр содержит две последовательности пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок с системами электродов, формирующих в заданных зонах жидкокристаллических пленок пространственную оптическую анизотропию, рассеивающую в вертикальной плоскости проходящее излучение, и систему обработки сигналов и управления, включающую датчик фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, процессор выработки решений, датчик положения приемников внешнего оптического излучения и управляющее устройство. Последовательность пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта с одной из поляризационных составляющих излучения, установлена перед последовательностью жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации с другой, ортогональной поляризационной составляющей излучения, и/или одна вложена в другую. Технический результат - повышение эффективности и технологичности в изготовлении и применении противоослепляющего фильтра, уменьшение потерь, обеспечение адаптивности к источникам поляризованного и неполяризованного излучения. 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к устройствам защиты от ослепления и может быть использовано в качестве противоослепительной системы с раздельной, независимой обработкой ортогональных поляризационных составляющих внешнего оптического излучения для обеспечения безопасности и, в частности, для обеспечения безопасности движения транспортных средств.

Известны устройства для транспортных средств, использующие фильтр для защиты от излучения [1, 2, 3], а также использующие козырек или очки для защиты от поляризованного и неполяризованного излучения [4, 5].

Недостатками известных устройств являются большие потери принимаемого излучения [1, 2], существенная взаимная засветка глаз при рассеивании излучения [3], а также неодинаковость отражения ортогональных поляризационных составляющих излучения и недостаточное подавление слепящего излучения [4, 5].

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Адаптивный поляризационный фильтр" [5], содержащий поляризационный фильтр и, по крайней мере, один приемник внешнего оптического излучения.

Недостатки прототипа:

1. Источники внешнего оптического излучения, подсвечивающие приемники излучения - глаза водителя, существенно различаются по яркости излучения и могут иметь различные спектральные характеристики, что может отрицательно повлиять на качество работы датчиков фиксации положения в пространстве приемников излучения, и, кроме того, фильтр, подавляя источники слепящего излучения, перекрывает возможную подсветку глаз за счет этих источников.

2. Не показана возможность существенного увеличения величины рассеяния проходящего излучения посредством разнесения в пространстве жидкокристаллических пленок для каждой из поляризационных составляющих излучения, при формировании в них систем цилиндрических линз.

3. Не показана возможность почти двукратного уменьшения общей толщины фильтра за счет вложения одной в другую последовательно установленных пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок, согласованных нанесенным ориентантом с соответствующей поляризационной составляющей внешнего оптического излучения, таким образом, что жидкокристаллические пленки их взаимно чередуются.

Заявляемое техническое решение в приложении к транспортным средствам направлено на создание эффективного противоослепительного фильтра с минимальными потерями и адаптивного к слепящим источникам излучения.

1. Это достигается тем, что в отличие от известного "Адаптивного поляризационного фильтра" (АПФ), содержащего последовательно установленные оптически прозрачные системы с использованием оптически прозрачного диэлектрического вещества и последовательностей жидкокристаллических (ЖК) пленок, противоположные поверхности которых имеют системы электродов (СЭ), расположение которых на одной поверхности отличается от расположения их на другой поверхности, причем поверхности оптически прозрачного диэлектрического вещества содержат, по крайней мере, один ориентант, ориентирующий молекулы жидкокристаллических пленок (10) в заданном направлении, а также содержащий систему обработки сигналов и управления, включающую, по крайней мере, один датчик фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих внешнего оптического излучения (ДФИН) (6), проходящего через фильтр к приемникам внешнего оптического излучения (4), по крайней мере, один процессор выработки решений, по крайней мере, один датчик положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения (9) относительно фильтра, и, по крайней мере, одно управляющее устройство, с выхода которого управляющие сигналы распределяются между системами электродов (13) соответствующих жидкокристаллических пленок для локального изменения свойств зон, заданных, по крайней мере, одним процессором выработки решений, при этом молекулы жидкокристаллических пленок, имеющие начальную ориентацию, при которой внешнее оптическое излучение беспрепятственно проходит через них, и расположенные в зоне прохождения через фильтр к приемникам внешнего оптического излучения, интенсивность которого превышает заданный датчиком фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих внешнего оптического излучения порог, изменяют свою ориентацию в пространстве, а ориентант в каждой из них согласует большие оси молекул жидкокристаллических пленок с соответствующей поляризационной составляющей проходящего внешнего оптического излучения таким образом, что для одной или обоих поляризационных составляющих внешнего оптического излучения выполняются условия рассеяния, и, кроме того, оптически прозрачные системы выполнены и расположены однотипно, адаптивный поляризационный противослепящий фильтр (АППФ) содержит, по крайней мере, один излучатель (7) для подсветки приемников внешнего оптического излучения (4), а датчик положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения (9) фиксирует их геометрические параметры, и, кроме того, каждая из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения проходит, по крайней мере, через две согласованные с ней посредством ориентанта последовательно установленные жидкокристаллические пленки (10), которые между собой пространственно разнесены, с системами электродов (13), формирующих под действием управляющих потенциалов в заданных зонах жидкокристаллических пленок (10) пространственную оптическую анизотропию, рассеивающую в вертикальной плоскости проходящее через фильтр излучение, расстояние между которыми фиксировано и задает требуемую кратность величины максимального рассеяния поляризационных составляющих проходящего через фильтр внешнего оптического излучения, при этом последовательность пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта с одной из поляризационных составляющих излучения, установлена перед последовательностью пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта с другой ортогональной поляризационной составляющей излучения, и/или одна вложена в другую, таким образом, что пространственно разнесенные последовательности жидкокристаллических пленок их взаимно чередуются.

2. Кроме того, содержит, по крайней мере, один высокоскоростной процессор, обрабатывающий данные датчика положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения.

3. Кроме того, системы электродов под действием управляющих потенциалов формируют в соответствующих зонах жидкокристаллических пленок (10) посредством возникающей пространственной оптической анизотропии системы цилиндрических линз.

4. Кроме того, введена дополнительная система электродов (13), которая под действием управляющих потенциалов в соответствующих зонах жидкокристаллических пленок (10) формирует системы призм.

5. Кроме того, между последовательностями жидкокристаллических пленок (10), согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта, с соответствующими ортогональными поляризационными составляющими излучения введен, по крайней мере, один вращатель плоскости поляризации (15).

6. Кроме того, к одной или к нескольким из пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок примкнута, по крайней мере, еще одна жидкокристаллическая пленка с аналогично ей нанесенным ориентантом.

7. Кроме того, системы горизонтальных электродов примкнутых жидкокристаллических пленок (10) взаимно сдвинуты относительно друг друга в вертикальной плоскости.

8. Кроме того, жидкокристаллические пленки (10), при расположении больших осей молекул в них вдоль направления прихода внешнего оптического излучения к приемникам излучения, оптически согласованы просветляющим покрытием с оптически прозрачным диэлектрическим веществом (11), между которым заключены.

9. Кроме того, с выходной стороны содержит отражатель внешнего оптического излучения.

10. Кроме того, выполнен в виде очков и содержит корпус очков и внешний блок, при этом часть узлов системы обработки сигналов и управления установлена в корпусе очков, а другая часть, имеющая больший вес, габариты и энергопотребление, установлена во внешнем блоке и между ними введен канал двухсторонней автоматической связи.

11. Кроме того, содержит датчик оценки средней интенсивности внешнего оптического излучения.

12. Кроме того, содержит анализатор спектрального состава принимаемого внешнего оптического излучения.

13. Кроме того, содержит светофильтр, корректирующий спектр проходящего внешнего оптического излучения.

14. Кроме того, внешние поверхности имеют просветляющее покрытие.

15. Кроме того, содержит систему поддержания температуры фильтра в рабочем интервале.

Предлагаемое техническое решение поясняется с помощью Фиг.1-7.

На Фиг.1 показана структура фильтра АППФ и его работа при наличии внешнего источника слепящего излучения (1).

На Фиг.2а показан фрагмент фильтра с последовательно установленными системами пространственно разнесенных линз (12), сформированных в жидкокристаллических пленках (10) для каждой из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, расстояние между которыми фиксировано и определяет требуемую величину максимального рассеяния поляризационных составляющих проходящего через фильтр излучения.

На Фиг.2b показан фрагмент фильтра с последовательно установленными системами пространственно разнесенных линз (12), сформированных в жидкокристаллических пленках (10) для каждой из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, ориентант в которых нанесен в одном направлении, и расстояние между которыми фиксировано и определяет требуемую величину максимального рассеяния поляризационных составляющих проходящего через фильтр излучения, с согласующим вращателем плоскости поляризации (15) между ними.

На Фиг.3 показан фрагмент фильтра с двумя системами пространственно разнесенных линз (12), сформированных в жидкокристаллических пленках (10) для каждой из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, в котором системы пространственно разнесенных линз ортогональных поляризационных составляющих излучения взаимно чередуются, что позволит существенно уменьшить общую толщину фильтра, и расположение фильтра относительно зоны приемников излучения (4).

На Фиг.4 показан фрагмент фильтра с двумя пространственно разнесенными жидкокристаллическими пленками (10) для каждой из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, чередующихся между собой, в которых применены нематические ЖК с отрицательной анизотропией, ориентированные посредством ориентанта гомеотропно, и расположение молекул в зонах, где под действием управляющих потенциалов сформированы системы пространственно разнесенных рассеивающих цилиндрических линз (12), согласованных с соответствующими поляризационными составляющими излучения.

На Фиг.5a, b, c показаны варианты построения системы электродов (13), горизонтальных, Фиг.5а, и вертикальных, которые могут быть широкими, соответственно по ширине цилиндрической линзы, или например, узкими с боковыми также узкими отводами с одной стороны от каждого вертикального электрода (Фиг.5b) или с обеих сторон, по ширине цилиндрической линзы (Фиг.5c), которые расположены напротив горизонтальных электродов.

На Фиг.6a, b показаны фрагменты последовательно установленных и пространственно разнесенных систем цилиндрических линз, формируемых в жидкокристаллических пленках (10) для кратного увеличения рассеяния одной поляризационной составляющей излучения, где кратность рассеяния определяется отношением расстояния между линзами к их минимальному фокусному расстоянию, причем на Фиг.6b для уменьшения фокусного расстояния примкнуты по две линзы с однотипно нанесенным ориентантом.

На Фиг.7 показан вариант совмещения фильтра (3) АППФ с лобовым стеклом транспортного средства, где показана ориентация молекул в жидкокристаллических пленках (10) фильтра в режиме его прозрачности (отсутствия рассеяния в пленках), относительно приемников излучения (4).

На Фиг.1 - Фиг.7 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - источник внешнего оптического излучения,

2 - зоны фильтра, рассеивающие лучи внешнего оптического излучения,

3 - фильтр АППФ,

4 - приемники внешнего оптического излучения,

5 - плоскости рассеяния внешнего оптического излучения,

6 - датчик фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих внешнего оптического излучения,

7 - излучатель,

8 - процессор выработки решений и управляющее устройство,

9 - датчик положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения,

10 - жидкокристаллические пленки,

11 - оптически прозрачное диэлектрическое вещество,

12 - цилиндрические линзы, сформированные в жидкокристаллических пленках под действием управляющих потенциалов на системе электродов,

13 - системы электродов,

14 - зона расположения приемников внешнего оптического излучения,

15 - вращатель плоскости поляризации.

Таким образом, адаптивный поляризационный противослепящий фильтр (АППФ) (Фиг.1) содержит последовательно установленные оптически прозрачные системы с использованием оптически прозрачного диэлектрического вещества и последовательностей жидкокристаллических пленок (10), противоположные поверхности которых имеют системы электродов (СЭ) (13), направление расположения которых на одной поверхности отличается от направления расположения их на другой поверхности, поверхности оптически прозрачного диэлектрического вещества (11) содержат, по крайней мере, один ориентант, показатели преломления жидкокристаллических (ЖК) пленок (10) близки к показателям преломления оптически прозрачного диэлектрического вещества (11) при расположении больших осей молекул вдоль направления излучения, а также содержит систему обработки сигналов и управления, включающую датчик фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих оптического излучения (ДФИН) (6), по крайней мере, один процессор выработки решений, по крайней мере, один датчик положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения (ДПП) (9), по крайней мере, одно управляющее устройство, оптически прозрачные системы выполнены и расположены однотипно, содержит, по крайней мере, один излучатель (7), фиксирует геометрические параметры приемников внешнего оптического излучения, каждая из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения проходит, по крайней мере, через две согласованные с ней посредством ориентанта последовательно установленные ЖК-пленки (10), которые между собой пространственно разнесены, системы электродов формируют пространственную анизотропию, расстояние между ЖК-пленками (10) фиксировано и задает требуемую кратность величины максимального рассеяния, последовательность пространственно разнесенных ЖК-пленок установлена перед последовательностью пространственно разнесенных ЖК-пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта с другой ортогональной поляризационной составляющей излучения, и/или одна вложена в другую, таким образом, что пленки их взаимно чередуются, а также, дополнительно, содержит, по крайней мере, один высокоскоростной специализированный процессор, формируются системы цилиндрических линз (12), системы призм, введен, по крайней мере, один вращатель плоскости поляризации (15), примкнута, по крайней мере, еще одна ЖК-пленка (10), системы горизонтальных электродов (13) примкнутых ЖК-пленок взаимно сдвинуты относительно друг друга в вертикальной плоскости, ЖК-пленки оптически согласованы просветляющим покрытием с оптически прозрачным диэлектрическим веществом (11), содержит отражатель оптического излучения, выполнен в виде очков и содержит корпус очков и внешний блок, содержит датчик оценки средней интенсивности внешнего оптического излучения, анализатор спектрального состава, светофильтр, внешние поверхности фильтра (3) имеют просветляющее покрытие, а также содержит систему поддержания температуры АППФ в рабочем интервале.

Устройство работает следующим образом:

Адаптивный поляризационный противослепящий фильтр (АППФ) укреплен в транспортном средстве, при этом фильтр (3) может быть расположен в собранном (сложенном) виде таким образом, чтобы при необходимости он мог быть введен перед глазами водителя транспортного средства для защиты от внешнего оптического излучения повышенной яркости (Фиг.1) или установлен на лобовом стекле транспортного средства или совмещен с лобовым стеклом, и, кроме того, фильтр (3) может быть применен и для пассажиров транспортного средства.

На держателе фильтра (3) или вблизи него установлены, по крайней мере, один датчик фиксации интенсивности и направлений прихода внешнего оптического излучения (6) из заданного сектора передней полусферы, по крайней мере, один датчик положения в пространстве приемников излучения (9) - зрачков глаз водителя (4), и, по крайней мере, один излучатель (7), работающий в оптическом или в инфракрасном диапазоне, обеспечивающий необходимую подсветку зрачков глаз водителя для надежного определения положения их в пространстве ввиду того, что существенно усложнится работа устройства при использовании для подсветки приемников излучения (4), источников внешнего оптического излучения (1), которые существенно различаются по яркости и могут иметь различные спектральные характеристики, и, кроме того, фильтр (3), подавляя источники слепящего излучения, перекрывает возможную подсветку зрачков глаз водителя (4) за счет этих источников, в значительной мере усложняя работу датчиков положения в пространстве приемников излучения (9).

Датчики положения в пространстве приемников оптического излучения (9) - зрачков глаз водителя могут быть выполнены с применением быстродействующих фотоприемных матриц с невысоким разрешением, работающих в узком спектральном диапазоне. На входе матриц установлены узкополосные светофильтры, согласованные по спектру с излучателем/излучателями, что повысит помехозащищенность системы. Излучатели, подсвечивающие приемники излучения (4), могут работать в непрерывном режиме, импульсном, или иметь другой вид модуляции, а также луч/лучи излучателей могут сканировать сектор, в котором расположены приемники излучения (4), а датчики положения приемников излучения (9) в своей работе могут использовать, например, эффект "красных глаз". При работе излучателей в импульсном режиме на входе датчиков положения приемников излучения (9) установлены оптические затворы, синхронизированные с работой излучателей (7).

Кроме того, датчики положения в пространстве приемников излучения (9) фиксируют геометрические параметры приемников излучения (4), например диаметр зрачков глаз водителя, относительные параметры которых могут изменяться и при расширении/сужении зрачков и в зависимости от расстояния их от фильтра (3), и в соответствии с этим, а также с учетом быстродействия систем слежения за положением приемников излучения устройство управления увеличивает или уменьшает рассеивающие области (зоны) фильтра (3), что позволит оптимизировать информативность просматриваемого через фильтр пространства.

Последовательная установка в фильтре (3) нескольких примкнутых друг к другу жидкокристаллических пленок (10) с ориентантом, согласованным с одной поляризационной составляющей, при формировании в них цилиндрических линз [6, 7] приводит к соответствующему уменьшению минимального фокусного расстояния и большему рассеянию внешнего оптического излучения. Для получения необходимого рассеяния необходима установка большого количества последовательно установленных примкнутых друг к другу ЖК-пленок (10).

В целях существенного повышения рассеивающей способности фильтра (3) при минимальном количестве последовательно установленных жидкокристаллических пленок (10) такие пленки разнесены в пространстве друг от друга на несколько минимальных фокусных расстояний, что создает эффект "телескопа", кратно увеличивая рассеивающую способность фильтра (3).

Аналогично построена рассеивающая внешнее оптическое излучение последовательность жидкокристаллических пленок фильтра, с начальной гомеотропной ориентацией молекул для другой ортогональной поляризационной составляющей излучения, которая установлена последовательно с первой (Фиг.2a, b).

На Фиг.2b показан фрагмент фильтра (3) с последовательно установленными системами пространственно разнесенных цилиндрических линз (12), сформированных в жидкокристаллических пленках (10) для каждой из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, ориентант в которых нанесен в одном направлении, и расстояние между которыми фиксировано и определяет требуемую величину максимального рассеяния поляризационных составляющих проходящего через фильтр излучения с вращателем плоскости поляризации (15) между ними, согласующим последующие жидкокристаллические пленки (10) с соответствующей поляризационной составляющей внешнего оптического излучения.

При этом общая толщина фильтра удваивается, для устранения чего и почти двукратного уменьшения общей толщины фильтра вложены одна в другую системы пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок (10), согласованных нанесенным ориентантом с соответствующими поляризационными составляющими внешнего оптического излучения, таким образом, что последовательности жидкокристаллических пленок (10) их взаимно чередуются (Фиг.3, Фиг.4).

На Фиг.4 показан фрагмент фильтра с двумя пространственно разнесенными жидкокристаллическими пленками (10) для каждой из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, чередующихся между собой, в которой применены нематические ЖК с отрицательной анизотропией, ориентированные посредством ориентанта гомеотропно, и расположение молекул в зонах, где под действием управляющих потенциалов сформированы системы пространственно разнесенных цилиндрических линз (12), согласованных с соответствующими поляризационными составляющими излучения, а также рассеяние проходящего через эти зоны излучения.

Внешнее оптическое излучение проходит через последовательно установленные и пространственно разнесенные системы фильтра (3), которые выполнены и расположены однотипно и содержат оптически прозрачное диэлектрическое вещество (11) и заключенные в нем последовательно установленные пространственно разнесенные жидкокристаллические пленки. Начальная ориентация больших осей молекул, в которых устанавливается параллельно приходящему излучению и может быть при применении соответствующего ориентанта гомеотропной, например, напылением на поверхности оптически прозрачного диэлектрического вещества (11) углеродных нанотрубок, с последующим, дополнительным формированием ориентирующей поверхности обработкой поверхностной электромагнитной волной (ПЭВ) [8] или наклонной [9], при установке фильтра на лобовое стекло транспортного средства.

На Фиг.7 показан вариант совмещения фильтра АППФ с лобовым стеклом транспортного средства, где показана ориентация молекул в жидкокристаллических пленках (10) фильтра, относительно приемников излучения [4], в режиме его прозрачности, при отсутствии рассеяния в жидкокристаллических пленках.

А в случае применения жидкокристаллических пленок (10) с планарной ориентацией вводятся дополнительные электроды, потенциалы (или управляющие сигналы) на которых обеспечивают соответствующую ориентацию молекул. При этом показатели преломления жидкокристаллических пленок (10) и оптически прозрачного диэлектрического вещества (11) для проходящего через них излучения будут близки, и фильтр беспрепятственно пропустит его.

При подаче на системы электродов (13) управляющих потенциалов в соответствующих зонах жидкокристаллических пленок (10) посредством ориентанта формируется оптическая анизотропия, например, в виде систем управляемых рассеивающих цилиндрических линз (12), расположенных горизонтально и согласованных с соответствующей поляризационной составляющей проходящего через фильтр (3) излучения.

Апертура цилиндрических линз (12) может составлять десятки или сотни микрон и определяется расстоянием между горизонтальными электродами (13) (Фиг.5а), а минимальный размер рассеивающей зоны - "R" фильтра с учетом размера зрачка Ro~8 мм, должен составлять R=Ro+ΔR, где ΔR - поправка на колебания приемника в движении и быстродействие системы слежения за положением приемников излучения (4) - зрачков глаз водителя в пространстве. Каждая такая цилиндрическая линза (12) в горизонтальной плоскости может иметь размер в миллиметр или несколько миллиметров, при этом вертикальные электроды могут быть широкими, соответственно по ширине цилиндрической линзы, или, например, узкими с боковыми также узкими отводами с одной стороны от каждого вертикального электрода (Фиг.5b) или с обеих сторон, по ширине цилиндрической линзы (Фиг.5c), которые расположены напротив горизонтальных электродов, что позволит уменьшить фокусное расстояние за счет получения двояковыпуклых линз. В общем виде форма рассеивающей области (при ее минимальном размере) может иметь, например, вид эллипса или прямоугольника, или в зависимости от контура слепящего источника/источников излучения любой другой вид. Расположение цилиндрических линз (12) в горизонтальной плоскости позволяет рассеивать внешнее оптическое излучение, превышающее порог, в соответствующей зоне фильтра (3) в вертикальной плоскости, таким образом, оно не попадает на второй (соседний) приемник излучения (глаза водителя) и не создает соответствующих помех водителю транспортного средства, а изменение потенциалов на оптически прозрачных электродах (13), формирующих линзы, приводит к управляемому изменению их фокусного расстояния и соответственно степени рассеяния слепящего излучения.

Аналогично фильтр (3) работает при введении в системы горизонтальных электродов (13) дополнительной системы электродов, которые при подаче на управляющих потенциалов формируют в заданных зонах ЖК-пленок (10) системы горизонтально расположенных призм [10], рассеивающих в вертикальной плоскости внешнее оптическое излучение.

При превышении внешним оптическим излучением заданного порога датчик фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих оптического излучения (ДФИН) (6) выдает на, по крайней мере, один процессор выработки решений сигналы, содержащие информацию об интенсивности поляризационных составляющих внешнего оптического излучения и направлении их прихода, который в соответствии с этими данными и данными с датчика/датчиков положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения относительно фильтра (ДПП) (9) выстраивает в соответствии с их координатами между ними (виртуально) прямую линию и определяет точки или зоны прохождения этой линии через фильтр (3), и далее посредством, по крайней мере, одного управляющего устройства распределяет управляющие сигналы между системами электродов (13), используя, например, мультиплексный метод или метод активной матричной адресации с применением запоминающих ячеек, таким образом, что на пути лучей внешнего оптического излучения к приемникам излучения - глазам водителя (4) транспортного средства молекулы жидкокристаллических пленок (10) в соответствующих зонах фильтра АППФ под действием локально модулируемого этими сигналами электрического поля изменяют свою ориентацию в пространстве, при этом данные зоны фильтра (3) приобретают оптическую анизотропию для одной или обоих поляризационных составляющих, и соответственно выполняется условие управляемого рассеяния внешнего оптического излучения посредством сформированных цилиндрических линз или призм.

Для решения задачи динамичного, быстрого отслеживания положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения (4), а также определения их геометрических параметров, введен, по крайней мере, один высокоскоростной процессор, обрабатывающий данные датчика положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения (9), что позволит снизить нагрузку с процессора выработки решений и требования к его быстродействию.

Значительное уменьшение тактовой частоты управляющих сигналов на электродах фильтра в целях облегчения работы устройства возможно при объединении в динамике электродов зоны или зон рассеяния в группы, на которые адресно подаются управляющие сигналы и которые во времени обновляются, дополняются новыми сегментами (точками) или появляются новые зоны, а также происходит исключение из групп невозобновляемых сегментов или зон, и, кроме того, это позволит существенно снизить требования к электропроводности электродов.

Для увеличения рассеяния к одной или нескольким из пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок (10) примкнута, по крайней мере, еще одна жидкокристаллическая пленка с аналогично ей нанесенным ориентантом, что позволит уменьшить суммарное минимальное фокусное расстояние при формировании в них систем цилиндрических линз. Эти дополнительно примкнутые жидкокристаллические пленки (10) могут иметь системы горизонтальных электродов, которые сдвинуты в вертикальной плоскости относительно систем электродов первых пленок, что позволит рассеять часть излучения, прошедшего через первую систему линз в местах, где технологически трудно обеспечить достаточную эффективность линз, например, вблизи управляющих электродов.

На Фиг.6a, b показаны фрагменты последовательно установленных и пространственно разнесенных систем цилиндрических линз (12), формируемых в жидкокристаллических пленках (10) для кратного увеличения рассеяния одной поляризационной составляющей излучения, где кратность рассеяния определяется отношением расстояния между линзами к их минимальному фокусному расстоянию, и для Фиг.6а при апертуре линз Lo=200 микрон, минимальном фокусном расстоянии F=700 микрон, расстоянии между линзами D=2.6 мм коэффициент рассеяния составит К=4.7, а для трех последовательно установленных линз K2=22, и с учетом расстояния до приемников излучения (4) коэффициент рассеяния составит K_∑=500, при толщине фильтра D_∑=6 мм, а для фильтра Фиг.6b с минимальным фокусным расстоянием линз F=700 мкм, примкнуты по две линзы и соответственно F_∑=350 микрон, при расстоянии между линзами D=3.2 мм, K=11, K_∑=500, толщина фильтра D_∑=4.3 мм.

Аналогично рассеивается излучение и второй ортогональной поляризационной составляющей внешнего оптического излучения.

При этом при уменьшении апертуры линз, например, вдвое, почти вдвое уменьшается и толщина фильтра.

ЖК-пленки (10), при расположении больших осей молекул в них вдоль направления прихода внешнего оптического излучения к приемникам излучения, оптически согласованы просветляющим покрытием с оптически прозрачным диэлектрическим веществом (11), между которым заключены, что позволит существенно повысить прозрачность фильтра (3).

При установке с выходной стороны фильтра АППФ отражателя внешнего оптического излучения, он может применяться на транспортном средстве в качестве противослепящих боковых зеркал и зеркала заднего вида, в которых аналогично, под действием управляющих потенциалов на системе электродов (13), в заданных процессором зонах фильтра (3) при превышении внешним оптическим излучением порога, формируются системы цилиндрических линз (12) с изменяемым фокусным расстоянием, рассеивающие проходящее излучение, которое с выходной стороны фильтра отражается и вновь проходит через системы фильтра (3), рассеивающие это излучение, а оптическое излучение меньшей интенсивности ниже порога проходит через фильтр (3) без изменений, отражается от отражателя (зеркала) и проходит к приемнику оптического излучения (4). При этом управление фокусным расстоянием системы линз позволяет регулировать интенсивность проходящего к приемнику излучения (4).

АППФ может быть выполнен в виде очков, а также опускающегося козырька на шлеме, например, мотоциклиста.

При применении фильтра в виде очков блок управления, процессор выработки решений и другие узлы могут быть выведены за пределы конструкции очков во внешний блок, например, установлены непосредственно в транспортном средстве, а автоматическая, двухсторонняя связь между ними может осуществляться, например, излучением и приемом сигналов в инфракрасном или другом частотном диапазоне, что позволит оставить в очках только необходимые согласующие узлы, существенно облегчив их вес, габариты, а для очков с автономным питанием и снизить потребляемую мощность. При этом внешний блок может содержать пульт управления режимами работы фильтра.

Дополнительно содержит датчик оценки средней интенсивности внешнего оптического излучения (1), например, естественных излучателей и отражателей (солнце, облака, дорога, растительность и т.п.), естественной подсветки в сумеречное время, что позволит оптимизировать работу ДФИН, изменяя уровень порога применительно к адаптационной характеристике глаз водителя (4) к освещенности.

Дополнительно содержит анализатор спектрального состава принимаемого внешнего оптического излучения (1), который может быть использован для анализа входящей информации с целью исключения рассеяния излучения с полезной и необходимой информацией, например, сигналов светофора повышенной яркости или других сигналов.

При необходимости изменить спектральный состав принимаемого излучения содержит светофильтр, корректирующий его спектр.

Для снижения отражений от внешних поверхностей фильтра, они содержат просветляющее покрытие.

При использовании фильтра АППФ в жестких климатических условиях, например мотоциклистом в холодное время года, введена система поддержания температуры фильтра (3) в рабочем интервале температур.

Таким образом, фильтр АППФ пропускает без потерь поляризованное и неполяризованное излучение к приемникам излучения - зрачкам глаз водителя (4) транспортного средства с любого направления в пределах заданного сектора обзора, если его интенсивность ниже заданного порога, и одновременно рассеивает поляризованное и неполяризованное излучение независимо, с любого направления в пределах заданного сектора обзора, если его интенсивность превышает заданный порог, причем степень рассеяния зависит от яркости источников внешнего оптического излучения (1), а его краткие характеристики представлены в следующем:

1. Фильтр тонкий, прозрачность его 90% и выше при применении просветляющих покрытий, который может быть установлен параллельно лицу водителя на расстоянии 300…1000 мм, или под некоторым углом и на другом расстоянии, например при совмещении с лобовым стеклом транспортного средства, или на меньшее расстояние при установке на шлем мотоциклиста или в очки. Фильтр полностью заменяет штатный противосолнечный козырек транспортного средства.

2. Раздельная обработка ортогональных поляризационных составляющих принимаемого излучения и соответственно независимое управляемое рассеяние каждой из этих составляющих, при превышении заданного порога, что позволит эффективно устранять слепящее излучение встречных транспортных средств, а также излучение, отраженное от мокрой поверхности дороги, водной поверхности и других отражателей, где преобладает одна из поляризационных составляющих, и, кроме того, при применении в фарах транспортных средств поляризованных источников излучения, улучшит видимость в тумане в 5…15 раз.

3. Введен, по крайней мере, один излучатель, обеспечивающий необходимую подсветку зрачков глаз водителя для надежного определения положения их в пространстве, работающий в оптическом или в инфракрасном диапазоне.

4. Применение в фильтре для рассеяния слепящего излучения тонких пленок из систем управляемых цилиндрических жидкокристаллических линз, которые формируются в заданных зонах фильтра под действием управляющих напряжений и рассеивают излучение в вертикальной плоскости, что позволит избежать попадания излучения из соседней рассеивающей области фильтра, и которое может быть воспринято как мешающее, постороннее излучение. При этом последовательная установка с заданным интервалом нескольких систем управляемых цилиндрических ЖК-линз для рассеяния каждой из ортогональных поляризационных составляющих излучения позволит при минимальной толщине фильтра получить ослабление слепящего излучения на приемнике (глаза водителя) в 500…1000 раз и более.

5. Возможность построения адаптивных зеркала заднего вида и боковых зеркал с управляемым, точечным рассеянием лучей слепящего излучения, при котором другие области зеркал беспрепятственно отражают к приемнику излучение, яркость которого ниже заданного порога.

Использование изобретения позволит:

Создать эффективный и технологичный в изготовлении и применении противослепящий фильтр, с минимальными потерями, адаптивный к источникам поляризованного и неполяризованного излучения для существенного повышения безопасности движения транспортных средств.

ЛИТЕРАТУРА.

1. РФ Патент 2173472, кл. 7 G02B 5/30, 07.07.1999.

2. US Patent 5422756 G02B 005/3, 18.05.1992.

3. РФ Патент 2077069 C1, кл. 6 G02C 7/10, B60J 3/06, 10.04.1997.

4. РФ Патент 2325675, кл. G02B 5/30, B60J 3/06, 06.04.2006.

5. РФ Патент 2413256, кл. 7G02B 5/30, B60J 3/06, 07.09.2009.

6. Вдовин Г.В., Гуральник И.Р. и др. Жидкокристаллические линзы с перестраиваемым фокусным расстоянием. 1. Теория. Квантовая электроника, 26, №3, 1999 г., стр.256-260.

7. Грязнова М.В., Данилов В.В. и др. Жидкокристаллические микролинзы в системе оптического ограничения. Письма в ЖТФ, 2001 г., т.27, вып.2, стр.24-29.

8. Каманина Н.В., Васильев П.Я. О возможности получения гомеотропной ориентации нематических элементов при использовании наноструктур. Письма в ЖТФ, 2009, т.35, вып.11, стр.39-43.

9. Томилин М.Г. Взаимодействие жидких кристаллов с поверхностью. Политехника, СП/б, 2001 г., стр.84.

10. Love G.D. Major J.V., and Purvis, A., Liquid crystal prisms for tip-tilt adaptive optics. Opt. Lett. 19 (1994) pp.1170-1172.

1. Адаптивный поляризационный противослепящий фильтр, содержащий последовательно установленные оптически прозрачные системы с использованием оптически прозрачного диэлектрического вещества и последовательностей жидкокристаллических пленок, противоположные поверхности которых имеют системы электродов, расположение которых на одной поверхности отличается от расположения их на другой поверхности, причем поверхности оптически прозрачного диэлектрического вещества содержат, по крайней мере, один ориентант, ориентирующий молекулы жидкокристаллических пленок в заданном направлении, а также содержащий систему обработки сигналов и управления, включающую, по крайней мере, один датчик фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих внешнего оптического излучения, проходящего через фильтр к приемникам внешнего оптического излучения, по крайней мере, один процессор выработки решений, по крайней мере, один датчик положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения относительно фильтра, и, по крайней мере, одно управляющее устройство, с выхода которого управляющие сигналы распределяются между системами электродов соответствующих жидкокристаллических пленок для локального изменения свойств зон, заданных, по крайней мере, одним процессором выработки решений, при этом молекулы жидкокристаллических пленок, имеющие начальную ориентацию, при которой внешнее оптическое излучение беспрепятственно проходит через них, и расположенные в зоне прохождения через фильтр к приемникам внешнего оптического излучения, интенсивность которого превышает заданный датчиком фиксации интенсивности и направлений прихода поляризационных составляющих внешнего оптического излучения порог, изменяют свою ориентацию в пространстве, а ориентант в каждой из них согласует большие оси молекул жидкокристаллических пленок с соответствующей поляризационной составляющей проходящего внешнего оптического излучения таким образом, что для одной или обоих поляризационных составляющих внешнего оптического излучения выполняются условия рассеяния, и, кроме того, оптически прозрачные системы выполнены и расположены однотипно, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, один излучатель для подсветки приемников внешнего оптического излучения, а датчик положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения фиксирует их геометрические параметры, и, кроме того, каждая из поляризационных составляющих внешнего оптического излучения проходит, по крайней мере, через две согласованные с ней посредством ориентанта последовательно установленные жидкокристаллические пленки, которые между собой пространственно разнесены, с системами электродов, формирующих под действием управляющих потенциалов в заданных зонах жидкокристаллических пленок пространственную оптическую анизотропию, рассеивающую в вертикальной плоскости проходящее через фильтр излучение, расстояние между которыми фиксировано и задает требуемую кратность величины максимального рассеяния поляризационных составляющих проходящего через фильтр внешнего оптического излучения, при этом последовательность пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта с одной из поляризационных составляющих излучения, установлена перед последовательностью пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта с другой, ортогональной поляризационной составляющей излучения, и/или одна вложена в другую, таким образом, что пространственно разнесенные последовательности жидкокристаллических пленок их взаимно чередуются.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, один высокоскоростной процессор, обрабатывающий данные датчика положения в пространстве приемников внешнего оптического излучения.

3. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что системы электродов под действием управляющих потенциалов формируют в соответствующих зонах жидкокристаллических пленок посредством возникающей пространственной оптической анизотропии системы цилиндрических линз.

4. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что введена дополнительная система электродов, которая под действием управляющих потенциалов в соответствующих зонах жидкокристаллических пленок формирует системы призм.

5. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что между последовательностями жидкокристаллических пленок, согласованных по плоскости поляризации посредством ориентанта, с соответствующими ортогональными поляризационными составляющими излучения введен, по крайней мере, один вращатель плоскости поляризации.

6. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что к одной или к нескольким из пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок примкнута, по крайней мере, еще одна жидкокристаллическая пленка с аналогично ей нанесенным ориентантом.

7. Фильтр по п.6, отличающийся тем, что системы горизонтальных электродов примкнутых жидкокристаллических пленок взаимно сдвинуты относительно друг друга в вертикальной плоскости.

8. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что жидкокристаллические пленки, при расположении больших осей молекул в них вдоль направления прихода внешнего оптического излучения к приемникам излучения, оптически согласованы просветляющим покрытием с оптически прозрачным диэлектрическим веществом, между которым заключены.

9. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что с выходной стороны содержит отражатель внешнего оптического излучения.

10. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что выполнен в виде очков и содержит корпус очков и внешний блок, при этом часть узлов системы обработки сигналов и управления установлена в корпусе очков, а другая часть, имеющая больший вес, габариты и энергопотребление, установлена во внешнем блоке, и между ними введен канал двухсторонней автоматической связи.

11. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит датчик оценки средней интенсивности внешнего оптического излучения.

12. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит анализатор спектрального состава принимаемого внешнего оптического излучения.

13. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит светофильтр, корректирующий спектр проходящего внешнего оптического излучения.

14. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что внешние поверхности имеют просветляющее покрытие.

15. Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит систему поддержания температуры фильтра в рабочем интервале.