Адаптивный поляризационный фильтр
Владельцы патента RU 2681664:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в интерференционных оптических фильтрах, приборах защиты от ослепляющего излучения, для обеспечения безопасности движения транспортных средств. Адаптивный поляризационный фильтр содержит последовательно установленные оптически прозрачные системы с использованием оптически прозрачного вещества и последовательностей жидкокристаллических пленок. В него введены стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными электродами для управления свойствами низкомолекулярных жидких кристаллов, заключенных в полимерную матрицу, поляризационные голографические решетки, записанные в жидкокристаллических композитах, вращатель плоскости поляризации па основе нематических жидких кристаллов, источники постоянного и переменного напряжения, регистратор интенсивности приходящего света, система управления элементами электродов и устройств, включенных в оптическое соединение фильтра совместно с ЭВМ на базе микропроцессора. Технический результат - обеспечение малых потерь падающего излучения, исключение рассеяния поляризационных составляющих проходящего света с возможностью их одинакового подавления, уменьшение толщины, упрощение управления элементами устройства, обеспечение работы в статическом режиме при ручном управлении и динамическом в автоматическом режиме. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам оптического приборостроения, интерференционным оптическим фильтрам, приборам защиты от ослепляющего излучения, для обеспечения безопасности движения транспортных средств.
Известен адаптивной поляризационный фильтр, патент РФ 2464596, используемый для защиты от излучения. Фильтр содержит две последовательности пространственно разнесенных жидкокристаллических пленок с системами электродов, формирующих в пленках пространственную оптическую анизотропию.
Недостатками данного аналога являются большие потери падающего излучения из-за поглощения света жидкокристаллическим слоем, неодинаковость подавления ортогональных поляризационных составляющих излучения.
Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Адаптивный поляризационный фильтр", патент РФ 2413256. Данное устройство имеет наиболее схожую структуру с заявленным адаптивным поляризационным фильтром.
Недостатки прототипа:
1. Большие потери падающего излучения из-за поглощения в жидкокристаллических пленках.
2. Существенная величина рассеяния каждой поляризационной составляющей проходящего света из-за разнесения жидкокристаллических пленок в пространстве.
3. Различие в подавлении ортогональных составляющих излучения.
4. Трудоемкая технология изготовления с высокой себестоимостью изделия.
5. Большие габариты фильтра со сложной системой управления работой устройства.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является: создание поляризационного фильтра с малыми потерями падающего излучения и исключение рассеяния поляризационных составляющих проходящего света с возможностью их одинакового подавления, с незначительной толщиной, упрощенной системой управления элементами устройства, работой в статическом режиме при ручном управлении и динамическом в автоматическом режиме, малой себестоимостью, адаптивного к поляризованному и естественному свету.
Данный технический результат достигается тем, что в известное устройство, патент на изобретение РФ 2413256, адаптивный поляризационный фильтр содержащий последовательно установленные оптически прозрачные системы с использованием оптически прозрачного диэлектрического вещества и последовательностей жидкокристаллических пленок введены: стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными электродами для управления свойствами низкомолекулярных жидких кристаллов заключенных в полимерную матрицу, поляризационные голографические решетки записанные в жидкокристаллических композитах, вращатель плоскости поляризации на основе нематических жидких кристаллов, источники постоянного и переменного напряжения, регистратор интенсивности проходящего света, система управления элементами электродов и устройств, включенных в оптическое соединение фильтра совместно с ЭВМ на базе микропроцессора.
На чертеже изображена схема оптического соединения предлагаемого адаптивного поляризационного фильтра.
Адаптивный поляризационный фильтр содержит стеклянную подложку 1, прозрачное покрытие с электродами 2, поляризационную голографическую дифракционную решетку 3, вращатель плоскости поляризации 4, регистратор интенсивности проходящего света 5, источник постоянного и переменного напряжения 6, систему управления совместно с ЭВМ для обеспечения работоспособности всех элементов фильтра 7.
Устройство работает следующим образом:
Адаптивный поляризационный фильтр собирается согласно схеме оптического соединения представленного на чертеже. Для восприятия технологии создания устройств на основе жидких кристаллов заключенных в полимерную матрицу следует указать на их основные свойства и возможности. Жидкие кристаллы одновременно обладают признаками кристалла и жидкости. Их субстанция прозрачная. Молекулы жидких кристаллов переориентируются во внешнем электрическом поле и изменяют поляризацию света, проходящего через их слои. В основе всех элементов, содержащих жидкие кристаллы, включенных в оптическое соединение, изображенное на чертеже лежит единый конструктивный принцип - субстанция жидких кристаллов 3 и 4 заключенных в полимерную матрицу располагается между двумя параллельными друг к другу стеклянными пластинами 1 с нанесенными на них прозрачными покрытиями с электродами 2. Поляризационные голографические решетки 3 регистрировались предварительно в области суперпозиции двух когерентных волн равной интенсивности со взаимно ортогональными поляризациями (λ=658 нм). Угол схождения интерферирующих волн порядка единиц градусов. Под влиянием стационарного интерференционного поля в исходной композиции происходила полимеризация мономера. В результате формировалась поляризационная решетка с периодически изменяющимися ориентациями молекул нематического жидкого кристалла. Вращатель плоскости поляризации 4 состоит из двух подложек с электродами для подключения потенциала и жидких кристаллов между ними. Молекулы кристалла от одной подложки до другой повернуты на 90 градусов если между пластинами отсутствует напряжение. Когда подается потенциал, то молекулы строго ориентируются вдоль поля. Промежуточное значение потенциала позволяет вращать плоскость поляризации при прохождении света через устройство.
Излучение, попадающее на вход адаптивного поляризационного светофильтра проходит через первые элементы 1-3 оптического соединения -дифракционную решетку как поляризатор, ориентированную, например, по вертикали, далее через нейтральный вращатель 4 к элементам 2-3 второй дифракционной решетки как анализатора, ориентированного, например, горизонтально. Скрещенные под углом 90 градусов поляризатор и анализатор подавляют практически полностью падающее на фильтр излучение. Для естественного света включается в работу вращатель 4, что позволяет выделять отдельные компоненты падающего на анализатор излучение и добиваться его подавления. Автоматизация данных процессов осуществляется элементами 5-7 поляризационного фильтра.
Таким образом набор перечисленных элементов позволяет решить заявленную техническую задачу - создание эффективного поляризационного фильтра с малыми потерями падающего излучения и исключением рассеяния поляризационных составляющих проходящего света с возможностью их одинакового подавления, из-за оптического контакта и отсутствия зазоров между элементами, фильтр имеет малую толщину, трудоемкость его изготовления и себестоимость обусловлены стандартными комплектующими и не велики по сравнению с изготовлением элементов аналога и прототипа, система управления работой элементов упрощена из-за их малого количества и не широкого изменения функций, может работать в статическом режиме при ручном управлении и динамическом в автоматическом режиме, фильтр адаптирован к поляризованному и естественному свету.
Адаптивный поляризационный фильтр, содержащий последовательно установленные оптически прозрачные системы с использованием оптически прозрачного вещества и последовательностей жидкокристаллических пленок, отличающийся тем, что в него введены стеклянные подложки с нанесенными на них прозрачными электродами для управления свойствами низкомолекулярных жидких кристаллов, заключенных в полимерную матрицу, поляризационные голографические решетки, записанные в жидкокристаллических композитах, вращатель плоскости поляризации на основе нематических жидких кристаллов, источники постоянного и переменного напряжения, регистратор интенсивности проходящего света, систему управления элементами электродов и устройств, включенных в оптическое соединение фильтра совместно с ЭВМ на базе микропроцессора.
