CN2906647Y

CN2906647Y - 偏振调光片及调光系统

Info

Publication number: CN2906647Y
Application number: CN 200620095157
Authority: CN
Inventors: 周志锋; 齐丹丹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2016-01-24

Abstract

本实用新型涉及光学领域，尤其是偏振调光片及调光系统。本实用新型提供的偏振滤光片，包括偏振调光层，偏振调光层是由一组宽度相同的偏振滤光片在同一平面上平行分布构成，在分布方向上，偏振滤光片的偏振光轴以固定角度按同一个方向依次偏转，相邻偏振滤光片之间紧密连接或者间隔着相同的距离。本实用新型提供的偏振调光系统，由分布方向平行的两个偏振调光片组成，两个偏振调光片中所有偏振滤光片的宽度相同、两组偏振滤光片中的间隔距离相等、以及偏振光轴依次偏转的固定角度相同。本实用新型利用偏振原理制作调光片，通过调节两块偏振调光片的相对位置得到不同透光率，安全可靠，调光效果显著优于现有技术。

Description

偏振调光片及调光系统

技术领域

本实用新型涉及光学领域，尤其是偏振调光片及调光系统。

背景技术

调光系统是一种可改变光线透光率的系统，按其基本工作原理分类，可分为：光致变色、电致变色、温致变色、压致变色等。目前技术较成熟的是电致变色类，其中电致变色又可细分为：液晶类，可悬浮粒子类、电解电镀类等。现在世界上技术最成熟应用最广泛的调光片是液晶类电致变色调光玻璃，即液晶调光玻璃，它是一种中间夹有液晶膜，利用液晶的特性，通过改变施加在液晶上的电压来使玻璃在透明与不透明之间转换。液晶调光玻璃和外围的辅助电路和电源组成了液晶调光系统。目前这种液晶调光系统在高档办公室、商业、住宅、机房、汽车以及航天等领域应用广泛，但它仍有很多缺点。

这种液晶调光系统主要存在的缺点是透光率下限太高、透光率不能实现分级或无级调节、调节方式不够灵活、电能损耗大、存在安全隐患，因此是一种可靠性差难以满足要求的调光技术：

(1)电能损耗大。由于液晶调光系统正常工作时，需要70～90V交流电电源驱动。因此液晶调光系统在正常工作时，特别是液晶调光系统长期持续维持在透明状态时，需要持续的交流电压来提供能量维持，因此液晶调光系统存在着一定的能量损耗(典型的值为1～3w/m²)。

(2)存在安全隐患。由于维持液晶调光系统正常工作的电源电压(70～90V)大于人体的安全电压(36V)。液晶调光系统在潮湿的环境工作时，电源或电路一旦出现漏电故障，人体靠近液晶玻璃时潜在的触电危险性很大。

(3)可靠性差、调节方式不够灵活。由于液晶调光系统需要额外的电源才能保证正常的工作，因此一旦电源出现故障或者停电，则液晶调光系统将一直处于不透明状态，且此时人无法用手动的方式将液晶调光系统调节到透明状态。

(4)透光率下限太高。在不透明的状态时，液晶调光系统对可见光的透光率大于60％。在某些应用场合，需要调光系统的透光率很低(小于10％)，以便遮挡外界强烈的自然光线，但目前液晶调光系统的透光率下限一般大于60％，达不到遮挡强光的效果。

(5)透光率不能实现分级或无级调节。液晶调光系统只有两种工作状态，即透明状态(ON)和不透明状态(OFF)，在这两种状态之间，不存在着介于透明状态和不透明状态之间的其它状态，不能实现对透光率的分级或无级调节。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术不足，提供一种偏振调光片和其调光系统，能够以分级或无级的方式调节透过调光系统的光线透光率，并且安全、灵活、可靠。

本实用新型提供的偏振滤光片，包括偏振调光层，偏振调光层是由一组宽度相同的偏振滤光片在同一平面上平行分布构成，在分布方向上，偏振滤光片的偏振光轴以固定角度按同一个方向依次偏转，相邻偏振滤光片之间紧密连接或者间隔着相同的距离。

而且，设置夹在偏振调光层两面的辅助层，偏振调光层与辅助层紧密连接。

本实用新型提供的偏振调光系统，由分布方向平行的两个偏振调光片组成，两个偏振调光片中所有偏振滤光片的宽度相同、两组偏振滤光片中的间隔距离相等、以及偏振光轴依次偏转的固定角度相同。

而且，设置夹在两个偏振调光片外表面的透光材料。

而且，两个偏振调光片之间的间隙中充填润滑剂。

偏振滤光片是一种根据自身特性滤光的光学镜片，它滤去其它方向的光，而只允许与其偏振光轴方向一致的光通过。本实用新型利用其特性，采用偏振滤光片构成调光片，并由此组成调光系统，通过调节两块偏振调光片的相对位置得到不同透光率，因此具有很多优点：

其一.本实用新型的透光率调节不需要电源维持，因此整个偏振调光系统不存在电能损耗，可以节约能源，也没有由于高电压带来的安全隐患；

其二.本实用新型的可靠性高。透光率只取决于两块偏振调光片的相对位置，不需要其它辅助条件；

其三.本实用新型调节方式灵活，能够人为的用手动的方式来调节偏振调光系统的透光率的大小，如果偏振调光系统加装电子自动调节装置，还可以实现自动调节透光率的功能；

其四.本实用新型的透光率下限很低，可小于2％，几乎能够实现对光线的完全遮挡；

其五.本实用新型能够实现透光率的分级或无级调节，在偏振调光系统的透光率上限和下限之间，可以存在着有限个或无限个不同的透光率，可满足用户对透光率的不同要求。

附图说明

图1是调光偏振片的结构；

图2是偏振调光层的结构；

图3是偏振分布角的定义；

图4是偏振调光系统的结构；

图5a和图5b是分级偏振调光系统工作原理图；

图6a和图6b是无级偏振调光系统工作原理图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供的偏振滤光片，包括偏振调光层1，偏振调光层1是由一组宽度相同的偏振滤光片11、12、13…1n在同一平面上平行分布构成，在分布方向上，偏振滤光片11、12、13…1n的偏振光轴以固定角度按同一个方向(即顺时钟或逆时钟)依次偏转，相邻偏振滤光片之间紧密连接或者间隔着相同的距离。现在广泛使用的人造偏振滤光片，是利用某种具有二向色性的物质的透明薄片制成，能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向相垂直的光振动通过，允许通过的光振动方向即偏振光轴(附图中用双箭头直线表示)。偏振滤光片11、12、13…1n可以一片接一片安放，也可以等距离的安放，互相不能重叠，分布在同一平面上，n的取值根据具体加工工艺和精度要求而定。本实用新型选择用来构成偏振调光层的偏振滤光片，对于偏振光轴有着特殊要求，并且根据偏振光轴来选择安放位置。为了方便说明如何安放偏振滤光片11、12、13…1n，参见附图，安放次序在平面上构成一种分布方向(附图中用单箭头直线表示)：务必形成在分布方向上，偏振滤光片11、12、13…1n的偏振光轴以固定角度按同一个方向依次偏转。所谓固定角度包括两种含义：当偏振滤光片11、12、13…1n的宽度为有限值时，且在分布方向上，偏振滤光片11、12、13…1n的偏振光轴以角差α依次偏转，具有这种分布特征的偏振调光片称为分级偏振调光片；当偏振滤光片11、12、13…1n的宽度趋近于0时，称偏振滤光片11、12、13…1n为偏振线，且在分布方向上，偏振线的偏振光轴以速率β度/米连续偏转，具有这种分布特征的偏振调光片称为无级偏振调光片。制造宽度趋近于0的偏振滤光片的技术目前在国际上已经出现，本实用新型采用这种偏振滤光片可以实现无级调光。

所选择的偏振滤光片11、12、13…1n偏振度应当大致相同，偏振度相差不能超过10％。偏振度指偏振片对光线极化程度，偏振度相差过大，将影响整个面的调光效果，会出现有的地方明亮，有的地方暗。

偏振滤光片11、12、13…1n宽度应该尽量小，这样调光行程短，但是加工工艺难度大，实际实施时需要综合考虑后选择合适的宽度。偏振调光片中的偏振滤光片11、12、13…1n宽度必须一致，因为只有如此，整个偏振调光片在移动时，才能获得相同的偏振角差，才能获得一致的调光效果。如果偏振调光片的偏振滤光片的宽度不一致，有些地方将是暗的，有些地方明亮。

为了保护偏振调光层1，以免偏振调光片之间移动划伤偏振调光片，影响调光效果，本实用新型采用设置夹在偏振调光层1两面的辅助层2，偏振调光层1与辅助层2紧密连接。辅助层2夹在偏振调光层1两面，这种结构能够降低偏振调光层1的加工难度，具体实施时在辅助层2之间安放好偏振滤光片11、12…1n并加以固定，即成偏振调光片。辅助层2应当采用普通透光材料，可以设置多层，可以采用普通光玻璃。

本实用新型提供的偏振调光系统，由分布方向平行的两个偏振调光片A、B组成，两个偏振调光片A、B中所有偏振滤光片的宽度相同、两组偏振滤光片中的间隔距离相等、以及偏振光轴依次偏转的固定角度相同。若采用分级偏振调光片，可称为分级调光系统，若采用无级偏振调光片，则可称为分级调光系统。可以设置夹在两个偏振调光片A、B外表面的透光材料C。在两个偏振调光片A、B之间添加润滑剂可以减小偏振调光片移动的阻力。注意若两个偏振调光片A、B之间的间隙过大，也将影响调光效果。在斜视时，和正视偏振调光系统时，看到的调光效果将是不一样的。减小两个偏振调光片A、B之间的间隙，在斜视时，和正视偏振调光系统时，看到的调光效果将是一样的。

本实用新型的调光原理建立在马吕斯定律的基础上，涉及透射光强的计算。本实用新型提供了两个实施例加以说明。

为了方便计算，定义从左到右的方向为分布方向。分布方向按逆时针方向旋转角度ε后，与偏振单元区的偏振光轴任意一个方向重合，定义角度ε为该偏振单元区的偏振分布角(附图4中用双箭头弧线表示)，且偏振分布角的值可正可负。

实施例一：分级偏振调光系统的分级调光方式

如图5a所示，偏振调光系统处在初始位置时，分级调光偏振片A1和分级调光偏振片B1的偏振滤光片在垂直于分布方向的方向上对齐。设分级调光偏振片A1上任意一个偏振滤光片a1的偏振分布角为φ₁，在分级调光偏振片B1上与这个偏振滤光片a1对齐的偏振滤光片b1的偏振分布角为₁。

光线X透过分级调光偏振片A1后形成极化光线X′，分级调光偏振片A1对光线X的透光率为μ，分级调光偏振片B1对极化光线X′光线强度的非极化衰减(不是由于偏振效应产生的对光线强度的衰减)率为1-η。

定义分级调光偏振片A1投影在分级调光偏振片B1形成的区域为偏振调光区。极化光线X′透过偏振滤光片后形成光线X″。由于分级调光偏振片A1和分级调光偏振片B1的偏振滤光片的分布特性相同，偏振调光区对极化光线X′的透光率取决于分级调光偏振片A1的偏振滤光片a1和分级调光偏振片B1的偏振滤光片b1的偏振分布角之差，即偏振调光区对极化光线X′的透光率为ηcos²(|φ₁-₁|)。此时整个偏振调光系统的透光率为γ＝μηcos²(|φ₁-₁|)。

如图5b所示，沿着分布方向，平行移动分级调光偏振片A1或者分级调光偏振片B1，使偏振滤光片a1和偏振滤光片b1之间相差一个偏振滤光片的宽度，此时偏振调光区的透光率为ηcos²(|φ₁-₁|+|α|)，其中α为分级调光偏振片B1的角差。此时整个偏振调光系统的透光率为γ＝μηcos²(|φ₁-₁|+|α|)。

同理，按照这种移动方式，移动k个偏振滤光片的宽度，则整个偏振调光系统的透光率为γ＝μηcos²(|φ₁-₁|+|kα|)，其中透光率γ的取值范围为0≤γ≤1，k取非负整数。由此可以看出，整个偏振调光系统的透光率γ随着k变化，且透光率γ为有限个不连续的值，呈离散分布，因此这种调光方式为分级调光方式。

实施方式二：无级偏振调光系统的无级调光方式

如图6a所示，偏振调光系统处在初始位置时，无级调光偏振片A2和无级调光偏振片B2的偏振线在垂直于分布方向的方向上对齐。设无级调光偏振片A2上任意一个偏振线a2的偏振分布角为φ₂，在无级调光偏振片B2上与这个偏振线a2对齐的偏振线b2的偏振分布角为₂。

光线Y透过无级调光偏振片A2后形成极化光线Y′，无级调光偏振片A2对光线Y的透光率为μ，无级调光偏振片B2对极化光线Y′光线强度的非极化衰减(不是由于偏振效应产生的对光线强度的衰减)率为1-η。

定义无级调光偏振片A2投影在无级调光偏振片B2形成的区域为偏振调光区，极化光线Y′透过偏振调光区后形成光线Y″。由于无级调光偏振片A2和无级调光偏振片B2的偏振线的分布特性相同，偏振调光区对极化光线Y′的透光率取决于无级调光偏振片A2的偏振线a2和无级调光偏振片B2的偏振线b2的偏振分布角之差，即偏振调光区对极化光线Y′的透光率为ηcos²(|φ₂-₂|)。此时整个偏振调光系统的透光率为γ＝μηcos²(|φ₂-₂|)。

如图6b所示，沿着分布方向，平行移动无级调光偏振片A2或者无级调光偏振片B2，使偏振线a2和偏振线b2之间相差间距d，此时偏振调光区的透光率为ηcos²(|φ₂-₂|+|dα|)，其中α为无级调光偏振片B2的偏振分布角增长速率。此时整个偏振调光系统的透光率为γ＝μηcos²(|φ₂-₂|+|dα|)，其中透光率γ的取值范围为0≤γ≤1，d取非负实数。由此可以看出，整个偏振调光系统的透光率γ随着d连续变化，且透光率γ为为无限个连续的值，呈连续无级分布，因此这种调光方式为无级调光方式。

Claims

1.一种偏振调光片，其特征在于：包括偏振调光层，偏振调光层是由一组宽度相同的偏振滤光片在同一平面上平行分布构成，在分布方向上，偏振滤光片的偏振光轴以固定角度按同一个方向依次偏转，相邻偏振滤光片之间紧密连接或者间隔着相同的距离。

2.根据权利要求1所述的偏振调光片，其特征在于：设置夹在偏振调光层两面的辅助层，偏振调光层与辅助层紧密连接。

3.一种采用权利要求1所述偏振调光片的偏振调光系统，其特征在于：由分布方向平行的两个偏振调光片组成，两个偏振调光片中所有偏振滤光片的宽度相同、两组偏振滤光片中的间隔距离相等、以及偏振光轴依次偏转的固定角度相同。

4.根据权利要求3所述的偏振调光系统，其特征在于：设置夹在两个偏振调光片外表面的透光材料。

5.根据权利要求3或4所述的偏振调光系统，其特征在于：两个偏振调光片之间的间隙中充填润滑剂。