專利名稱：偏振調光片及調光系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學領域，尤其是偏振調光片及調光系統。
背景技術：
調光系統是一種可改變光線透光率的系統，按其基本工作原理分類，可分為光致變色、電致變色、溫致變色、壓致變色等。目前技術較成熟的是電致變色類，其中電致變色又可細分為液晶類，可懸浮粒子類、電解電鍍類等。現在世界上技術最成熟應用最廣泛的調光片是液晶類電致變色調光玻璃，即液晶調光玻璃，它是一種中間夾有液晶膜，利用液晶的特性，通過改變施加在液晶上的電壓來使玻璃在透明與不透明之間轉換。液晶調光玻璃和外圍的輔助電路和電源組成了液晶調光系統。目前這種液晶調光系統在高檔辦公室、商業、住宅、機房、汽車以及航天等領域應用廣泛，但它仍有很多缺點。
這種液晶調光系統主要存在的缺點是透光率下限太高、透光率不能實現分級或無級調節、調節方式不夠靈活、電能損耗大、存在安全隱患，因此是一種可靠性差難以滿足要求的調光技術(1)電能損耗大。由于液晶調光系統正常工作時，需要70～90V交流電電源驅動。因此液晶調光系統在正常工作時，特別是液晶調光系統長期持續維持在透明狀態時，需要持續的交流電壓來提供能量維持，因此液晶調光系統存在著一定的能量損耗(典型的值為1～3w/m2)。
(2)存在安全隱患。由于維持液晶調光系統正常工作的電源電壓(70～90V)大于人體的安全電壓(36V)。液晶調光系統在潮濕的環境工作時，電源或電路一旦出現漏電故障，人體靠近液晶玻璃時潛在的觸電危險性很大。
(3)可靠性差、調節方式不夠靈活。由于液晶調光系統需要額外的電源才能保證正常的工作，因此一旦電源出現故障或者停電，則液晶調光系統將一直處于不透明狀態，且此時人無法用手動的方式將液晶調光系統調節到透明狀態。
(4)透光率下限太高。在不透明的狀態時，液晶調光系統對可見光的透光率大于60％。在某些應用場合，需要調光系統的透光率很低(小于10％)，以便遮擋外界強烈的自然光線，但目前液晶調光系統的透光率下限一般大于60％，達不到遮擋強光的效果。
(5)透光率不能實現分級或無級調節。液晶調光系統只有兩種工作狀態，即透明狀態(ON)和不透明狀態(OFF)，在這兩種狀態之間，不存在著介于透明狀態和不透明狀態之間的其它狀態，不能實現對透光率的分級或無級調節。
實用新型內容本實用新型針對現有技術不足，提供一種偏振調光片和其調光系統，能夠以分級或無級的方式調節透過調光系統的光線透光率，并且安全、靈活、可靠。
本實用新型提供的偏振濾光片，包括偏振調光層，偏振調光層是由一組寬度相同的偏振濾光片在同一平面上平行分布構成，在分布方向上，偏振濾光片的偏振光軸以固定角度按同一個方向依次偏轉，相鄰偏振濾光片之間緊密連接或者間隔著相同的距離。
而且，設置夾在偏振調光層兩面的輔助層，偏振調光層與輔助層緊密連接。
本實用新型提供的偏振調光系統，由分布方向平行的兩個偏振調光片組成，兩個偏振調光片中所有偏振濾光片的寬度相同、兩組偏振濾光片中的間隔距離相等、以及偏振光軸依次偏轉的固定角度相同。
而且，設置夾在兩個偏振調光片外表面的透光材料。
而且，兩個偏振調光片之間的間隙中充填潤滑劑。
偏振濾光片是一種根據自身特性濾光的光學鏡片，它濾去其它方向的光，而只允許與其偏振光軸方向一致的光通過。本實用新型利用其特性，采用偏振濾光片構成調光片，并由此組成調光系統，通過調節兩塊偏振調光片的相對位置得到不同透光率，因此具有很多優點其一.本實用新型的透光率調節不需要電源維持，因此整個偏振調光系統不存在電能損耗，可以節約能源，也沒有由于高電壓帶來的安全隱患；其二.本實用新型的可靠性高。透光率只取決于兩塊偏振調光片的相對位置，不需要其它輔助條件；其三.本實用新型調節方式靈活，能夠人為的用手動的方式來調節偏振調光系統的透光率的大小，如果偏振調光系統加裝電子自動調節裝置，還可以實現自動調節透光率的功能；其四.本實用新型的透光率下限很低，可小于2％，幾乎能夠實現對光線的完全遮擋；其五.本實用新型能夠實現透光率的分級或無級調節，在偏振調光系統的透光率上限和下限之間，可以存在著有限個或無限個不同的透光率，可滿足用戶對透光率的不同要求。
圖1是調光偏振片的結構；圖2是偏振調光層的結構；
圖3是偏振分布角的定義；圖4是偏振調光系統的結構；圖5a和圖5b是分級偏振調光系統工作原理圖；圖6a和圖6b是無級偏振調光系統工作原理圖。
具體實施方式
以下結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明。
本實用新型提供的偏振濾光片，包括偏振調光層1，偏振調光層1是由一組寬度相同的偏振濾光片11、12、13…1n在同一平面上平行分布構成，在分布方向上，偏振濾光片11、12、13…1n的偏振光軸以固定角度按同一個方向(即順時鐘或逆時鐘)依次偏轉，相鄰偏振濾光片之間緊密連接或者間隔著相同的距離。現在廣泛使用的人造偏振濾光片，是利用某種具有二向色性的物質的透明薄片制成，能吸收某一方向的光振動，而只讓與這個方向相垂直的光振動通過，允許通過的光振動方向即偏振光軸(附圖中用雙箭頭直線表示)。偏振濾光片11、12、13…1n可以一片接一片安放，也可以等距離的安放，互相不能重疊，分布在同一平面上，n的取值根據具體加工工藝和精度要求而定。本實用新型選擇用來構成偏振調光層的偏振濾光片，對于偏振光軸有著特殊要求，并且根據偏振光軸來選擇安放位置。為了方便說明如何安放偏振濾光片11、12、13…1n，參見附圖，安放次序在平面上構成一種分布方向(附圖中用單箭頭直線表示)務必形成在分布方向上，偏振濾光片11、12、13…1n的偏振光軸以固定角度按同一個方向依次偏轉。所謂固定角度包括兩種含義當偏振濾光片11、12、13…1n的寬度為有限值時，且在分布方向上，偏振濾光片11、12、13…1n的偏振光軸以角差α依次偏轉，具有這種分布特征的偏振調光片稱為分級偏振調光片；當偏振濾光片11、12、13…1n的寬度趨近于0時，稱偏振濾光片11、12、13…1n為偏振線，且在分布方向上，偏振線的偏振光軸以速率β度/米連續偏轉，具有這種分布特征的偏振調光片稱為無級偏振調光片。制造寬度趨近于0的偏振濾光片的技術目前在國際上已經出現，本實用新型采用這種偏振濾光片可以實現無級調光。
所選擇的偏振濾光片11、12、13…1n偏振度應當大致相同，偏振度相差不能超過10％。偏振度指偏振片對光線極化程度，偏振度相差過大，將影響整個面的調光效果，會出現有的地方明亮，有的地方暗。
偏振濾光片11、12、13…1n寬度應該盡量小，這樣調光行程短，但是加工工藝難度大，實際實施時需要綜合考慮后選擇合適的寬度。偏振調光片中的偏振濾光片11、12、13…1n寬度必須一致，因為只有如此，整個偏振調光片在移動時，才能獲得相同的偏振角差，才能獲得一致的調光效果。如果偏振調光片的偏振濾光片的寬度不一致，有些地方將是暗的，有些地方明亮。
為了保護偏振調光層1，以免偏振調光片之間移動劃傷偏振調光片，影響調光效果，本實用新型采用設置夾在偏振調光層1兩面的輔助層2，偏振調光層1與輔助層2緊密連接。輔助層2夾在偏振調光層1兩面，這種結構能夠降低偏振調光層1的加工難度，具體實施時在輔助層2之間安放好偏振濾光片11、12…1n并加以固定，即成偏振調光片。輔助層2應當采用普通透光材料，可以設置多層，可以采用普通光玻璃。
本實用新型提供的偏振調光系統，由分布方向平行的兩個偏振調光片A、B組成，兩個偏振調光片A、B中所有偏振濾光片的寬度相同、兩組偏振濾光片中的間隔距離相等、以及偏振光軸依次偏轉的固定角度相同。若采用分級偏振調光片，可稱為分級調光系統，若采用無級偏振調光片，則可稱為分級調光系統。可以設置夾在兩個偏振調光片A、B外表面的透光材料C。在兩個偏振調光片A、B之間添加潤滑劑可以減小偏振調光片移動的阻力。注意若兩個偏振調光片A、B之間的間隙過大，也將影響調光效果。在斜視時，和正視偏振調光系統時，看到的調光效果將是不一樣的。減小兩個偏振調光片A、B之間的間隙，在斜視時，和正視偏振調光系統時，看到的調光效果將是一樣的。
本實用新型的調光原理建立在馬呂斯定律的基礎上，涉及透射光強的計算。本實用新型提供了兩個實施例加以說明。
為了方便計算，定義從左到右的方向為分布方向。分布方向按逆時針方向旋轉角度ε后，與偏振單元區的偏振光軸任意一個方向重合，定義角度ε為該偏振單元區的偏振分布角(附圖4中用雙箭頭弧線表示)，且偏振分布角的值可正可負。
實施例一分級偏振調光系統的分級調光方式如圖5a所示，偏振調光系統處在初始位置時，分級調光偏振片A1和分級調光偏振片B1的偏振濾光片在垂直于分布方向的方向上對齊。設分級調光偏振片A1上任意一個偏振濾光片a1的偏振分布角為φ1，在分級調光偏振片B1上與這個偏振濾光片a1對齊的偏振濾光片b1的偏振分布角為1。
光線X透過分級調光偏振片A1后形成極化光線X′，分級調光偏振片A1對光線X的透光率為μ，分級調光偏振片B1對極化光線X′光線強度的非極化衰減(不是由于偏振效應產生的對光線強度的衰減)率為1-η。
定義分級調光偏振片A1投影在分級調光偏振片B1形成的區域為偏振調光區。極化光線X′透過偏振濾光片后形成光線X″。由于分級調光偏振片A1和分級調光偏振片B1的偏振濾光片的分布特性相同，偏振調光區對極化光線X′的透光率取決于分級調光偏振片A1的偏振濾光片a1和分級調光偏振片B1的偏振濾光片b1的偏振分布角之差，即偏振調光區對極化光線X′的透光率為ηcos2(|φ1-1|)。此時整個偏振調光系統的透光率為γ＝μηcos2(|φ1-1|)。
如圖5b所示，沿著分布方向，平行移動分級調光偏振片A1或者分級調光偏振片B1，使偏振濾光片a1和偏振濾光片b1之間相差一個偏振濾光片的寬度，此時偏振調光區的透光率為ηcos2(|φ1-1|+|α|)，其中α為分級調光偏振片B1的角差。此時整個偏振調光系統的透光率為γ＝μηcos2(|φ1-1|+|α|)。
同理，按照這種移動方式，移動k個偏振濾光片的寬度，則整個偏振調光系統的透光率為γ＝μηcos2(|φ1-1|+|kα|)，其中透光率γ的取值范圍為0≤γ≤1，k取非負整數。由此可以看出，整個偏振調光系統的透光率γ隨著k變化，且透光率γ為有限個不連續的值，呈離散分布，因此這種調光方式為分級調光方式。
實施方式二無級偏振調光系統的無級調光方式如圖6a所示，偏振調光系統處在初始位置時，無級調光偏振片A2和無級調光偏振片B2的偏振線在垂直于分布方向的方向上對齊。設無級調光偏振片A2上任意一個偏振線a2的偏振分布角為φ2，在無級調光偏振片B2上與這個偏振線a2對齊的偏振線b2的偏振分布角為2。
光線Y透過無級調光偏振片A2后形成極化光線Y′，無級調光偏振片A2對光線Y的透光率為μ，無級調光偏振片B2對極化光線Y′光線強度的非極化衰減(不是由于偏振效應產生的對光線強度的衰減)率為1-η。
定義無級調光偏振片A2投影在無級調光偏振片B2形成的區域為偏振調光區，極化光線Y′透過偏振調光區后形成光線Y″。由于無級調光偏振片A2和無級調光偏振片B2的偏振線的分布特性相同，偏振調光區對極化光線Y′的透光率取決于無級調光偏振片A2的偏振線a2和無級調光偏振片B2的偏振線b2的偏振分布角之差，即偏振調光區對極化光線Y′的透光率為ηcos2(|φ2-2|)。此時整個偏振調光系統的透光率為γ＝μηcos2(|φ2-2|)。
如圖6b所示，沿著分布方向，平行移動無級調光偏振片A2或者無級調光偏振片B2，使偏振線a2和偏振線b2之間相差間距d，此時偏振調光區的透光率為ηcos2(|φ2-2|+|dα|)，其中α為無級調光偏振片B2的偏振分布角增長速率。此時整個偏振調光系統的透光率為γ＝μηcos2(|φ2-2|+|dα|)，其中透光率γ的取值范圍為0≤γ≤1，d取非負實數。由此可以看出，整個偏振調光系統的透光率γ隨著d連續變化，且透光率γ為為無限個連續的值，呈連續無級分布，因此這種調光方式為無級調光方式。
權利要求1.一種偏振調光片，其特征在于包括偏振調光層，偏振調光層是由一組寬度相同的偏振濾光片在同一平面上平行分布構成，在分布方向上，偏振濾光片的偏振光軸以固定角度按同一個方向依次偏轉，相鄰偏振濾光片之間緊密連接或者間隔著相同的距離。
2.根據權利要求1所述的偏振調光片，其特征在于設置夾在偏振調光層兩面的輔助層，偏振調光層與輔助層緊密連接。
3.一種采用權利要求1所述偏振調光片的偏振調光系統，其特征在于由分布方向平行的兩個偏振調光片組成，兩個偏振調光片中所有偏振濾光片的寬度相同、兩組偏振濾光片中的間隔距離相等、以及偏振光軸依次偏轉的固定角度相同。
4.根據權利要求3所述的偏振調光系統，其特征在于設置夾在兩個偏振調光片外表面的透光材料。
5.根據權利要求3或4所述的偏振調光系統，其特征在于兩個偏振調光片之間的間隙中充填潤滑劑。
專利摘要本實用新型涉及光學領域，尤其是偏振調光片及調光系統。本實用新型提供的偏振濾光片，包括偏振調光層，偏振調光層是由一組寬度相同的偏振濾光片在同一平面上平行分布構成，在分布方向上，偏振濾光片的偏振光軸以固定角度按同一個方向依次偏轉，相鄰偏振濾光片之間緊密連接或者間隔著相同的距離。本實用新型提供的偏振調光系統，由分布方向平行的兩個偏振調光片組成，兩個偏振調光片中所有偏振濾光片的寬度相同、兩組偏振濾光片中的間隔距離相等、以及偏振光軸依次偏轉的固定角度相同。本實用新型利用偏振原理制作調光片，通過調節兩塊偏振調光片的相對位置得到不同透光率，安全可靠，調光效果顯著優于現有技術。
文檔編號G02B5/30GK2906647SQ20062009515
公開日2007年5月30日 申請日期2006年1月24日 優先權日2006年1月24日
發明者周志鋒, 齊丹丹 申請人:周志鋒