УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАССЕИВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК G21K1/10 G02B5/02 

Устройство для рассеивания излучений относится к области рассеивания излучений, а именно рассеивания электромагнитных излучений, в частности света, радиоволн, рентгеновского излучения, также рассеивания потоков частиц и др., и может быть использовано в системах отображения информации, защиты от излучений, маскировки объектов от локации и пассивного наблюдения, создания различных световых эффектов и др.

Известен деформографический модулятор (Ревенко В.Н., Сегал. С.А. Комплексы средств отображения информации. "Радио и связь", Москва, 1985, стр.11-14). Данное устройство предназначено для отображения информации путем рассеивания светового потока определенным образом с целью получения изображения на большом экране. На деформографическом модуляторе с помощью облучения его светом от эталонного изображения создается рельеф, соответствующий этому изображению. Мощный световой поток, направляемый на модулятор и отражаемый от него, рассеивается на этом рельефе и на экране возникает изображение, соответствующее эталонному. Данное устройство содержит последовательно расположенные элементы-слои: первый электрод, деформируемый диэлектрик, второй электрод, эластичный (упругий) слой, источник напряжений, соединенный с электродами. Недостатком данного устройства является то, что для управления рассеиванием необходимо подавать на модулятор дополнительное управляющее излучение, что существенно усложняет устройство и сужает спектр его применений.

Известен также “Многослойный противоослепляющий экран” по патенту РФ №1626238. Данное устройство одержит последовательно расположенные элементы-слои: первый электрод, деформируемый диэлектрик, второй электрод, эластичный (упругий) слой, источник напряжений, соединенный с электродами. Недостатком данного устройства является то, что характер рассеивания излучения зависит от самого излучения и не может управляться в широком диапазоне. Данное устройство является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению и принято за прототип.

Устройство для рассеивания излучений содержит последовательно расположенные элементы-слои: первый электрод, имеющий вывод (или несколько выводов) для подачи напряжения (или нескольких напряжений), деформируемый диэлектрик, второй электрод, имеющий вывод (или несколько выводов) для подачи напряжения (или нескольких напряжений), эластичный (упругий) слой, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из электродов разделен на участки, каждый из которых имеет отдельный вывод для подачи напряжения. По крайней мере, один из электродов выполнен в виде гибкой пленки.

Изобретение может выполняться в двух вариантах. В первом из них один из электродов выполнен отражающим для излучений, а слои, расположенные со стороны отражающей поверхности данного электрода, выполнены прозрачными для излучений. Во втором варианте оба электрода выполнены прозрачными для излучений, слои, обеспечивающие прохождение излучений через электроды, выполнены также прозрачными для излучений.

Принцип действия устройства основан на создании внутри многослойной структуры рельефа. Вследствие возникновения рельефа и появления оптической неоднородности происходит рассеивание излучения, попадающего на устройство. Рельеф создается на гибком электроде путем его деформации. Деформация происходит из-за неравномерности напряженности электрического поля между электродами (проводниками). В свою очередь неоднородность электрического поля в пространстве между электродами возникает из-за подачи на участки разделенного электрода различных электрических напряжений.

Различные напряжения подаются от источника напряжений, на каждом из выводов которого возникает напряжение, формируемое по заданному закону. На выводах источника могут формироваться напряжения, значения которых изменяются непрерывно или дискретно по псевдослучайному закону или появляются в псевдослучайные моменты времени. В этом случае внутри устройства рельеф будет непрерывно хаотично изменяться, что будет приводить к случайному характеру рассеивания излучения. Такой эффект может быть полезен при использовании устройства для защиты от излучений или маскировки.

При первом варианте устройства, когда один из электродов выполнен отражающим, излучение, попадающее на устройство, будет отражаться от одного из электродов, сделанного отражающим, и вследствие хаотичности отражения отраженное излучение будет достаточно трудно анализировать. Тем самым окажется достигнут эффект маскировки. При этом отражающим может быть сделан как гибкий электрод (выполненный в виде пленки), на котором образуется рельеф, так и не гибкий. В первом случае рассеивание обратного излучения будет происходить за счет неровности отражающей поверхности, а во втором - за счет преломления как прямого, так и обратного излучений, проходящих через деформированный гибкий электрод.

Во втором варианте устройства, когда оба электрода выполнены прозрачными, будет наблюдаться эффект рассеивания излучения, проходящего через устройство за счет различных углов преломления при прохождении излучения через деформированный слой. При этом если за данным устройством разместить отражающий экран, то совместно с ним будет достигнут эффект маскировки. Рассеивание излучения прозрачным устройством может служить целям защиты от излучения, например от ослепления светом. Устройство обеспечивает эффект снижения удельной поверхностной мощности падающего излучения.

Именно изложенные выше базовые принципы, общие для обоих вариантов устройства рассеивания излучений, составляют сущность изобретения. Изобретательский замысел заключается в том, что за счет подачи различных напряжений создается неоднородное электрическое поле, которое вызывает появление рельефа на внутренних слоях. За счет возникновения рельефа наблюдается эффект рассеивания излучения. Разница между вариантами заключается лишь в том, что в одном случае рассеивается отраженное излучение, а в другом - проходящее сквозь устройство.

В определенных случаях источник напряжений может подавать различные не меняющиеся (постоянные) напряжения на разные участки или подавать одно и то же напряжение на часть участков для создания постоянного не меняющегося рельефа. Это упрощает устройство, но получаемого эффекта в некоторых случаях будет вполне достаточно, например, для защиты глаз от ослепления светом.

Подача напряжений на отдельные участки электрода(-ов) может осуществляться источником напряжений и по другим законам, отличным от псевдослучайного. Управляя распределением напряженности электрического поля, а с помощью этого рельефом и, значит, рассеиванием излучения, можно получать различные эффекты, например направлять по требуемой траектории сканирующий луч или поток частиц, получать различные световые эффекты вплоть до рекламы и иллюминации.

Создавая управляемый рельеф, можно получать требуемую световую картинку на экране, т.е. заявляемое устройство может быть применимо в средствах отображения. Именно на этом принципе основано действие деформографического модулятора, являющегося аналогом изобретения, который описан выше. Там рельеф создается за счет облучения модулятора излучением от электронно-лучевой трубки. Однако если на различные участки электрода подавать соответствующие напряжения, то можно получить аналогичное воздействие на рельеф.

Для усиления эффекта рассеивания гибкими могут выполняться оба электрода, также оба электрода могут разделяться на электрически изолированные друг от друга участки.

На фиг.1 представлен чертеж варианта устройства. Здесь 1 - прозрачные подложки, 2 - токопроводящий слой (электрод), 3 - деформируемый диэлектрик, 4 - гибкий электрод, 5 - эластичный слой, 6 - источник напряжений. Слой 2 разделен на участки, к каждому из которых подведен свой вывод от источника напряжений.

На фиг.2 представлена функциональная схема одного из вариантов выполнения источника напряжений. Здесь 7 - батарея питания, 8 - распределитель, в составе которого усилители-коммутаторы 9, 10 - программируемое устройство.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на электроды 2 и 4 не подано. Гибкий электрод 4 не изогнут, эластичный слой 5 и деформируемый диэлектрик 3 не деформированы. В исходном состоянии может быть подано напряжение на электроды, при этом на все выводы устройства, соединяемые с участками разделенного на участки электрода, подается одинаковое напряжение. В варианте устройства, представленном на фиг.1, это электрод 2. В этом случае между слоями 2 и 4 возникает электрическое поле. Но это поле ввиду того, что напряжения одинаковы, является однородным. Поэтому гибкий электрод 4, сжимая деформируемый диэлектрик 3, притянется к электроду 2, но равномерно, и рельеф внутри устройства создан не будет. В обоих случаях - подачи одинакового напряжения на участки и его отсутствия в устройстве - внутри устройства сохраняется оптическая однородность, и рассеивания света не происходит.

При подаче различных напряжений на участки слоя 2 напряженность электрического поля в различных частях пространства между электродами будет различна. Соответственно, разными по значению в разных местах пространства окажутся и электростатические силы, которые притягивают друг к другу электроды. В результате произойдет деформация гибкого электрода 4 - он изогнется в поперечном направлении. При этом деформация затронет также слои 3 и 5. Внутри устройства возникнет оптическая неоднородность. Поток излучения будет падать на поверхности, имеющие различные углы отражения или преломления в различных точках пространства внутри устройства. В результате этого будет происходить рассеивание излучения.

Подобный эффект можно наблюдать при прохождении света через рельефное стекло.

При отключении напряжений электрическое поле между электродами пропадает. Все слои возвращаются в исходное состояние, под действием упругих сил эластичного слоя 5 гибкая пленка 4 возвращается в исходное состояние, деформация исчезает и эффект рассеивания пропадает.

Источник напряжений может состоять из группы усилителей коммутаторов 9 (фиг.2), объединенных в распределитель 8, на которые подается напряжение питания от батареи питания 7 (источник питания может быть любой, в том числе внешний) и сигналы управления от программируемого устройства 10. В качестве программируемого устройства 10 может выступать компьютер либо более узко специализированное электронное устройство, формирующее на своих выходах сигналы по заданному, определяемому его схемой и/или записанной программой, закону, в том числе и по псевдослучайному. Сигналы от устройства 10 подаются на управляющие входы усилителей 9, и те под их управлением формируют выходные напряжения, подаваемые на участки электрода, используя электрическую энергию батареи 7.

К программируемому устройству 10 может подключаться внешнее устройство. Например, при использовании устройства рассеивания излучений в системах отображения информации к программируемому устройству может подключаться устройство, которое содержит тем или иным образом информацию, которую требуется отобразить. Под влиянием этого устройства программируемое устройство формирует на своих выходах напряжения, которые создадут необходимый рельеф для отображения заданной картинки на экране при прохождении света через устройство рассеивания излучений. В данном случае устройство будет работать так же, как аналог, описанный выше, за исключением того, что неоднородность электрического поля между электродами будет создаваться не из-за изменения сопротивления фотослоя под воздействием излучения, а путем подачи на участки электрода управляющих напряжений.

Как указывалось выше, один из электродов может быть отражающим. Если это электрод 4 (фиг.1), то слои 2 и 3 должны быть прозрачными, если излучение падает снизу. Если излучение падает сверху, то прозрачным должен быть слой 5. Отражающей может быть одна или обе поверхности электрода 4. Отражающая поверхность электрода всегда сопрягается с прозрачными слоями. В случае применения отражающего электрода эффект рассеивания будет наблюдаться в отраженном излучении.

Если все слои выполнены прозрачными, то эффект рассеивания будет наблюдаться в излучении, прошедшем сквозь устройство.

Разделенными на участки могут быть оба электрода, как 2, так и 4. Гибкими также могут выполняться оба электрода. В последнем случае возле слоя 2 со стороны, противоположной расположению слоя 3, также должен размещаться эластичный слой, аналогичный слою 5.

Одним из способов разделения одного из электродов на участки, например слоя 2 (фиг.1), может быть конструктивное разделение электрода на электрически изолированные друг от друга токопроводящие участки. Это может быть выполнено путем нанесения на диэлектрическую подложку токопроводящих фрагментов, не соприкасающихся друг с другом. Указанная подложка в данном случае является технологическим, но не функциональным слоем.

Другой способ разделения электрода на участки заключается в том, что участки являются виртуальными, т.е. физического разделения электрода на участки не происходит. Суть способа в том, что слой является физически однородным, но за счет подачи изменяющихся напряжений в разных его точках возникают неоднородности распределения электрических зарядов на его поверхности, появляются электрические токи, и, соответственно, электрическое поле между электродами оказывается неоднородным. В этом случае подаваемые напряжения должны быть переменными.

Третий способ создания электрической неоднородности электрода заключается в том, что участки не являются электрически изолированными друг от друга, но за счет добавления присадок в вещество электрода в различных его участках последние обладают разным значением электрического сопротивления.

Частный случай третьего способа создания электрической неоднородности представляет собой четвертый способ, заключающийся в том, что электрод выполняют из фотопроводника. Этот способ пригоден для светового излучения. При возникновении света фотопроводник по-разному, в зависимости от освещенности в различных точках, будет менять свое сопротивление. Подача напряжений на данный электрод в разных его точках будет вызывать изменение рельефа.

Прозрачные подложки 1 (фиг.1) не являются существенными признаками изобретения. Они могут присутствовать в устройстве, если оно выполняется в виде отдельного экрана, представляющего собой самостоятельный конструктивный блок, и служить целям предохранения внутренних слоев устройства.

Устройство может выполняться в составе защитного покрытия, и в этом случае необходимость в подложках 1 полностью отпадает. Например, устройство может входить в стекла кабины самолета или входить в состав защитного покрытия маскируемого объекта. Наличие подложек 1 непосредственно не влияет на достижение изобретениями заявляемого результата.

Токопроводящий слой 2 может состоять из двуокиси олова. Этот слой можно наносить разбрызгиванием 20 вес.% раствора четыреххлористого олова в бутилацетате по поверхности стекла при 50°С. Слой 3 деформируемого диэлектрика представляет собой смесь полиметилсилоксановых жидкостей. Эластичный слой 5 выполняется из силиконовых каучуков, эластифицированных полиметилсилоксановыми жидкостями. Гибкий электрод 4 может выполняться из металлизированной пленки на лавсановой основе. Лавсановая пленка является в данном случае технологическим, а не функциональным слоем.

Устройство для рассеивания излучений относится к области рассеивания излучений, а именно рассеивания электромагнитных излучений, в частности света, радиоволн, рентгеновского излучения, а также рассеивания потоков частиц, и может быть использовано в системах защиты от излучения в системах маскировки, системах создания различных световых эффектов (реклама, иллюминация), системах отображения информации. Устройство для рассеивания излучений представляет собой многослойный экран, некоторые слои которого являются деформируемыми. Между двумя электропроводными слоями образуется электрическое поле за счет подачи на слои напряжения. При этом электропроводные слои разбиваются на сегменты, к каждому из которых подводится отдельный электрод. Напряжение, подводимое к отдельным сегментам, постоянно меняется, вследствие этого электрическое поле неоднородно, и на деформируемых слоях образуется рельеф за счет неоднородности сил притяжения между электродами, который постоянно меняет свою конфигурацию. Излучение (свет различных диапазонов, рентгеновское излучение, радио- и электромагнитные волны, потоки частиц), проходящее через экран или отражающееся от него, за счет оптической неоднородности рассеивается. Характер рассеивания непрерывно меняется за счет изменения рельефа. Подача напряжений на сегменты электропроводных слоев может осуществляться по различным законам, в том числе по псевдослучайному. Технический результат – обеспечение снижения удельной поверхностной мощности падающего излучения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для рассеивания излучений, содержащее последовательно расположенные элементы-слои: первый электрод, имеющий вывод для подачи напряжения, деформируемый диэлектрик, второй электрод, имеющий вывод для подачи напряжения, эластичный (упругий) слой, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из электродов разделен на сектора, каждый из которых имеет отдельный вывод для подачи напряжения.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один из электродов выполнен в виде гибкой пленки.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один из электродов выполнен отражающим для излучений, а слои, расположенные со стороны отражающей поверхности данного электрода, выполнены прозрачными для излучений.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что все слои выполнены прозрачными для излучений.