CN204331240U - 一种电控光阀组件和电可控光切换器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电控光阀组件和电可控光切换器系统。一种电控光阀组件，包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件。本实用新型由于将电致变色材料，纳米光学材料，化学高分子材料和光学膜偏振特性结合到一起，应用到滤光片上，通过加上特定的电场，来改变滤光片针对特定波段的光波的反射、折射率和吸收特性，从来控制相应光波段的光线的开关导通，达到光切换的目的。无须机械结构，采用电控结构即可实现高效滤光，在提高稳定性的同时保障了过滤效果。

Description

一种电控光阀组件和电可控光切换器系统

技术领域

本实用新型涉及光电领域，更具体的说，涉及一种电控光阀组件和电可控光切换器系统。

背景技术

目前市面上常用的光切换器有电机式滤光片切换器(IR Cut)，电磁式滤光片切换器(IR CUT)，和双峰滤光片，都存在不同的问题。其中电机/电磁式的滤光片切换器，都存在切换不够稳定，机械结构配合不方便，长期切换可靠性差等现象；而双峰滤光片有存在不能完全将目标光线滤除掉而导致偏色的现象。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种提高稳定性、滤光效果的电控光阀组件和电可控光切换器系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电控光阀组件，包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件。

进一步的，所述第一透明导电部件底面铺设有第一透明衬底基材部件；所述第二透明导电部件顶面铺设有第二透明衬底基材部件。

进一步的，所述电致变色材料部件采用无机电致变色材料或纳米材料制成。

进一步的，所述电致变色材料部件采用有机电致变色材料制成。

进一步的，所述电致变色材料部件采用有机电致变色材料和无机电致变色材料参杂制成。

一种电可控光切换器系统，包括光学镜片，与光学镜片耦合的成像器件，与成像器件耦合的，以及控制电控光阀组件的切换器控制器；所述电控光阀组件包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件；所述第一透明导电部件和第二透明导电部件通过导线跟所述切换器控制器连接。

进一步的，所述电可控光切换器系统还包括固定电控光阀组件的切换器支架。

进一步的，所述电控光阀组件的一侧还设有限波滤光片；所述限波滤光片跟电控阀组件粘贴固定。

进一步的，所述第一透明导电部件底面铺设有第一透明衬底基材部件；所述第二透明导电部件顶面铺设有第二透明衬底基材部件。

进一步的，所述电致变色材料部件采用无机电致变色材料制成；或采用纳米材料制成；或采用有机变色材料制成；或采用无机电致变色材料和有机电致变色材料参杂制成。

本实用新型由于将电致变色材料，纳米光学材料，化学高分子材料和光学膜偏振特性结合到一起，应用到滤光片上，通过加上特定的电压，来改变滤光片针对特定波段的光波的反射、折射率和吸收特性，从来控制相应光波段的光线的开关导通，达到光切换的目的。无须机械结构，采用电控结构即可实现高效滤光，在提高稳定性的同时保障了过滤效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例电控光阀组件的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的加入限波滤光片的效果示意图；

图3是本实用新型实施例的电可控光切换器系统结构示意图。

具体实施方式

本实用新型公开一种电控光阀组件，包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件。

本实用新型还公开一种电可控光切换器系统，包括光学镜片，与光学镜片耦合的成像器件，与成像器件耦合的，以及控制电控光阀组件的切换器控制器；所述电控光阀组件包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件；所述第一透明导电部件和第二透明导电部件通过导线跟所述切换器控制器连接。

本实用新型由于将电致变色材料，纳米光学材料，化学高分子材料和光学膜偏振特性结合到一起，应用到滤光片上，通过加上特定的电压，来改变滤光片针对特定波段的光波的反射、折射率和吸收特性，从来控制相应光波段的光线的开关导通，达到光切换的目的。无须机械结构，采用电控结构即可实现高效滤光，在提高稳定性的同时保障了过滤效果。

下面结合附图和较佳的实施例对本实用新型作进一步说明。

图1所示为一种基于无机电致变色材料、纳米材料或有机变色材料的电控光阀组件。其包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的第一透明导电部件、离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件；第一透明导电部件和第二透明导电部件通过导线分别连接到切换器控制器。第一透明导电部件底面铺设有第一透明衬底基材部件；第二透明导电部件顶面铺设有第二透明衬底基材部件。透明导电部件可以采用ITO等材料制成；其中第一和第二透明衬底基材是可选项目，主要目的是增加电控光阀组件的物理强度和硬度。无机电致变色材料可以采用纳米材料构成。

无机电致变色材料包括但不局限于金属、氧化物、碳化物等。纳米材料的光学特性主要是基于量子力学的研究。不同的物理和化学材料、不同粒径大小的纳米粒子，会针对对不同波长的光波产生不同的反射、折射、散射和吸收特性。比如纳米银/铜粒子可以对某些波段的红外线进行反射。纳米TiO2粒子可以对紫外光进行吸收。

还有一类纳米光学材料，在外加电场的情况下，会产生电化学氧化和还原的反应，通过其中的价电子转移，使材料在发生颜色的变化，从而通过光的吸收和中和的作用，来达到针对某个特定波段的光线进行开关的作用。这类材料包含但不局限于WO3，NiO2，TiO2，ZiO等金属过渡氧化物，同时也包含但不局限于普鲁士蓝等过渡金属氰化物。

还有一类纳米光学材料，在外加电场的情况下，会导致发光，或者从外电路将电子(或空穴)注入到半导体的导带(或价带)，导致载流子复合而发光。主要是透明的无机化合物，包括禁带宽度比较大的绝缘体和半导体材料。这样我们就可以通过控制其发光色度，然后通过光的中和作用，来达到针对某个特定波段的光线进行开关的作用。

化学高分子材料，主要是利用材料的电化学特性，材料在外加电场的作用下发生电化学氧化和还原反应，通过其价电子转移，使材料发生颜色的变化，从而通过光的吸收和中和作用，来达到针对某个特定波段的光线进行开关的作用。主要包含但不局限于聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、金属酞菁类化合物等。

还有一种发光材料，比如OLED/LED材料，在外加电场的情况下，会导致发光，这样我们就可以通过控制其发光色度，然后通过光的中和作用，来达到针对某个特定波段的光线进行开关的作用。

针对本系统的各个部分的基本要求如下：

1、电控光阀组件，是本切换器的主要核心器件之一，主要组成部分有：光阀组件基材，透明透红外导电膜(极)，纳米材料或者电致变色材料，透明电子转移材料，透明电子存储材料，隔离材料，导线等。其中主要材料要求特性如下：

a)光阀组件基材，可以是光学玻璃，水晶，各种透明(聚)化合物等材料，要求有很好的红外光波段透过率和可见光波段的透过率，较好的硬度和相应强度，便于加工。

b)透明透红外导电膜(极)，用于镀在光阀组件的2侧内壁，或者镀在光阀组件基材的一侧+光阀组件的一侧；利用其导电特性，给材料加如相应的电场，要求有很好的红外光波段透过率和可见光波段的透过率，较好的导电特性和面电阻特性。

c)电控光阀材料，可以是纳米光学材料、电致变色材料、电致发光材料等不同的电可控光学材料，但是有如下的要求，在开的状态下，该材料不会对可见光波和红外光波有太多的影响；在关断状态，该材料只对红外光波进行关断、反射、折射或者吸收，对可见光波不产生太大的影响。

d)透明电子转移材料，可以是各种液态电解液，固态电解质等，用来转移光电子，从而实现在电控光阀材料和电子存储材料之间的光电子转移，进而达到并实现光阀材料的一些物理特性，让光阀材料产生只针对红外线进行开关的作用。

e)透明离子存储材料，可以是各种透明惰性金属纳米材料，透明纳米合金材料，或者另一种对应极性的电控光阀材料，用来收集从电控光阀材料处转移出来的光电子并加以存储，并且要求在加入另一种控制电压的时候，能够释放出电子来，通过电子转移材料回充到电控光阀材料中去，从而实现在电控光阀材料和电子存储材料之间的光电子存储和转移，进而达到并实现光阀材料的一些物理特性，让光阀材料产生只针对红外线进行开关的作用。

f)取向材料，是用于固定基材表面电控光阀材料的分子排布的材料，要求能与基材很好的粘结，在基材表面有良好的分散性，并同时对光阀材料有很好的锚定力，能有效的限定的光阀材料的取向。

g)隔离材料，是填充在光阀盒子中的一种隔离材料，要求对可见光和红外光都有很好的透过率。

h)导线，用于将电极引出，以方面外接电场的连接和加入，同时也可能使用加Pin的方式，直接在电控光阀系统上引出Pin脚，甚至引出FPC排线，实现和导线相同的功能。

2、限波滤光片，是本切换器的主要核心器件之一，主要是用来限制入射光线的带宽和波长，针对入射光线进行必要的选择和过滤。但是也是一个可选的器件，是否选用有如下两种条件：

a)如果电控光阀系统自己本身能满足该系统的应用场景的光波带宽需求，那么就不需要限波滤光片。

b)如果电控光阀系统自己本身不能满足该系统的应用场景的光波带宽需求，那么就需要使用限波滤光片来限制入射光线的波段。

限波滤光片有两种方式可以实现：

c)在玻璃基材上，镀不同的光学膜材，用以限制不同的光波透过该限波滤光片，然后贴在电控光阀盒子上，限制和选择性透过需要的波长的光波，主要组成部分有滤光片基材，光学镀膜材料等：

i.滤光片基材，可以是光学玻璃，水晶玻璃，各种透明(聚)化合物等材料，要求有很好的红外光波段透过率和可见光波段的透过率，较好的硬度和相应强度，便于加工。

ii.光学镀膜材料，是一种镀在滤光片基材上的光学材料，可以用来限制某个或者多个波段的光波的导通和截至。典型的光谱图包含但不局限在如下的几种，也可以根据不同的需求来调整光线透射光谱图：

d)直接在电控光阀盒子上，镀上a)条中提到的光学膜材，限制和选择性透过需要的波长的光波即可。从而替代限波滤光片。

限波滤光片的对不同光波的限制可以根据需要来进行定制，比如同时透过可见光和850左右的纳米的红外光线，同时透过可见光和940左右的纳米的红外光线，只透过3～5μm及8～14μm的红外线等等，包含但是不局限图2的波普图所示。

如图3所示，本实施方式公开一种电可控光切换器系统。其包括光学镜片，与光学镜片耦合的成像器件，与成像器件耦合的，固定电控光阀组件的切换器支架，以及控制电控光阀组件的切换器控制器。

电控光阀组件包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件。第一透明导电部件底面铺设有第一透明衬底基材部件；第二透明导电部件顶面铺设有第二透明衬底基材部件。第一透明导电部件和第二透明导电部件通过导线跟所述切换器控制器连接。为了增强滤光效果，还可以在电控光阀组件的一侧设置限波滤光片。

电致变色材料部件可以采用电致变色材料，纳米光学材料制成，也可以采用有机变色材料制成。

电控光阀组件和限波滤光片可以使用无影胶等不同的粘胶材料进行粘帖，需要注意如下的事项：

A、粘帖的时候一定要粘帖紧密，不能中间有气泡，水纹等现象。

B、作业过程中注意洁净，不能让灰尘等进入粘帖部件。

C、制作过程中注意各道工序的轻拿轻放，不可让电控光阀组件和限波滤光片表面磨花甚至破损，以免产生光斑。

由于光是一种具有波，粒二象性的自然现象，它既可以看作光波，又可以看作是光子流。光子是电磁场能量和动量量子化的粒子，而电磁波则是光子概率波，所以光作为波的属性可以用频率和波长来描述，作为光子的属性则可以用能量和动量表达。

所以针对光的不同特性，我们可以利用光的散射、折射、吸收、反射等不同特性，使用不同的材料，针对不同的光波波段来进行处理。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电控光阀组件，其特征在于，包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件。

2.如权利要求1所述的一种电控光阀组件，其特征在于，所述第一透明导电部件底面铺设有第一透明衬底基材部件；所述第二透明导电部件顶面铺设有第二透明衬底基材部件。

3.如权利要求1所述的一种电控光阀组件，其特征在于，所述电致变色材料部件采用无机电致变色材料或纳米材料制成。

4.如权利要求1所述的一种电控光阀组件，其特征在于，所述电致变色材料部件采用有机电致变色材料制成。

5.一种电可控光切换器系统，其特征在于，包括光学镜片，与光学镜片耦合的成像器件，与成像器件耦合的，以及控制电控光阀组件的切换器控制器；所述电控光阀组件包括第一透明导电部件，以及依次在第一透明导电部件上方铺设的离子存储部件、电解质部件、电致变色材料部件和第二透明导电部件；所述第一透明导电部件和第二透明导电部件通过导线跟所述切换器控制器连接。

6.如权利要求5所述的一种电可控光切换器系统，其特征在于，所述电可控光切换器系统还包括固定电控光阀组件的切换器支架。

7.如权利要求5所述的一种电可控光切换器系统，其特征在于，所述电控光阀组件的一侧还设有限波滤光片；所述限波滤光片跟电控阀组件粘贴固定。

8.如权利要求5所述的一种电可控光切换器系统，其特征在于，所述第一透明导电部件底面铺设有第一透明衬底基材部件；所述第二透明导电部件顶面铺设有第二透明衬底基材部件。