ПРОТИВООСЛЕПЛЯЮЩИЕ ОЧКИ
ANTI-GLARE GLASSES

Предлагаемое изобретение относится к области оптики и электроники.
Предлагаемые противоослепляющие очки позволяют защитить глаза человека от ослепляющего и поражающего действия интенсивного оптического излучения, создаваемого мощными полихроматическими источниками.
Известны противоослепляющие очки /1/, содержащие окуляры из двух стеклянных подложек с нанесенными на них горизонтальными и вертикальными прозрачными электродами, между ними слой жидкого кристалла, прозрачные электроды соединены через узлы управления с линейками светочувствительных элементов, перед которыми установлены цилиндрические линзы соответственно вертикально и горизонтально.
Падающее излучение фокусируется на участках светочувствительных линеек, которые через узлы управления включают соответствующие горизонтальные и вертикальные электроды. Жидкий кристалл между ними затемняется, создавая затененное пятно на зрачке глаза.
Основным недостатком данных очков является то, что реализующая его система обладает достаточно высокой сложностью конструктивного исполнения и, как следствие, низкой надежностью и недостаточной степенью защиты органов зрения.
В противоослепляющих очках /2/, содержащих оправу со стеклами, защитный экран с ячейками и затворную матрицу светочувствительных элементов, электрически связанную с защитным экраном, для регулирования светового потока, воздействующего на глаза, использован инфракрасный датчик положения зрачка глаза, вырабатывающий сигнал под воздействием инфракрасного излучения от зрачка, который подается на узлы управления затворной матрицы и через образующийся в ней просвет излучение попадает на матрицу светочувствительных элементов с последующей передачей от нее сигнала на затемнение соответствующих ячеек защитного экрана.
Из приведенного описания изобретения следует вывод о сложности предлагаемой конструкции противоослепляющих очков. Кроме того, предлагаемые очки не обеспечивают эффективной защиты органов зрения от ИК-излучения, так как ИК-излучение, отраженное от роговицы глаза и используемое для выработки управляющих сигналов ИК-диапазона, может вызвать ожоги роговицы глаза.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются противоослепляющие очки /3/, содержащие корпус, оправу с окулярами, размещенные в последних модуляторы светового потока, включающие поляризационные фильтры и источник питания, в которых с целью автоматической регулировки светового потока на выходе окуляров, модуляторы светового потока дополнительно содержат размещенные между поляризационными фильтрами прозрачные подложки с нанесенными на их внутренних поверхностях прозрачными электродами и заключенные между последними, нанесенные на их поверхности и последовательно расположенные по направлению распространения светового потока слои фотопроводника и нематического жидкого кристалла, причем поляризационные фильтры нанесены на внешние стороны подложек.
Данное изобретение взято в качестве прототипа.
Основным недостатком предлагаемых очков является сравнительно большая их инерционность, обусловленная процессами последовательного срабатывания фотопроводника и нематического жидкого кристалла под действием падающего оптического излучения. Приведенные в /4/ частотные характеристики фотоэлементов показывают, что время выхода на рабочий режим (достижение максимальной чувствительности) составляет порядка 0,01 с.В описании изобретения нет данных о максимально достижимой оптической плотности модуляторов светового потока в закрытом (затемненном) состоянии.
Кроме того, поляризационные светофильтры, нанесенные на внешние стороны подложек, не защищены от воздействия окружающей среды.
-4
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание быстродействующих очков (~10с) с оптической плотностью в закрытом состоянии ≥ 6,0 для защиты органов зрения человека от воздействия интенсивного полихроматического оптического излучения импульсных источников света с яркостной температурой от 2000 до 12000 K (световое излучение ядерных взрывов, излучение молнии, излучение лазеров непрерывного действия и лазеров с немодулированной добротностью, работающих в УФ, видимом и ближнем ИК - диапазонах).
Это достигается новым конструктивным исполнением противоослепляющих очков и наличием электронной системы управления, обеспечивающей необходимое быстродействие и выбор режима работы при разных уровнях внешней освещенности.
На Фиг.1 приведен общий вид противоослепляющих очков, а на Фиг.2 - сечение А-А на Фиг.1.
Противоослепляющие очки (см. Фиг. 1) содержат корпус 1, оправу 2 с окулярами 3, электронную систему управления (ЭСУ) 4, зону конденсации 5, эластичное уплотнение 6 и ремень крепления 7. В окулярах 3 размещены модуляторы светового потока, содержащие (см. Фиг.2) внешнюю диэлектрическую защитную пленку 8, интерференционный светофильтр 9, пластины из бесцветного оптического стекла 10, на внутренние поверхности которых нанесены поляризационные светофильтры 11 с нанесенными на их внутренних поверхностях прозрачными электродами 12 и заключенный между последними слой нематического жидкого кристалла (НЖК) 13, выполненный, например, из материала ZLI-2222 "Merck" толщиной 3-5 мкм, задаваемой диэлектрическими прокладками 14.
Электронная система управления 4, обеспечивающая заданную оптическую плотность при разных уровнях внешней освещенности, смонтирована на верхней части корпуса очков 1.
Разработанная форма корпуса очков и наличие уплотнителя обеспечивают их плотное прилегание к лицу и исключают воздействие на органы зрения отраженного и рассеянного излучения, а имеющаяся зона конденсации исключает запотевание внутренней поверхности окуляров.
Все элементы модуляторов светового потока склеены между собой специальным оптическим клеем.
Электронная система управления 4 (см. Фиг.3) содержит фотоприемное устройство (ФПУ) 15, тактовый генератор 16, устройство управления нематическими жидкими кристаллами 17, выходные ключи 18, преобразователи напряжения 19 и 20, формирователь импульса подброса Un6 21 и автономный источник электропитания 22.
Фотоприемное устройство 15 состоит из двух, размещенных в корпусе ЭСУ 4, фотодиодов и усилителя с частичной или полной компенсацией постоянной составляющей тока фотодиодов. Режим компенсации выбирается переключателем «День - Ночь».
Тактовый генератор 16 синхронизирует работу всех элементов электронной системы управления 4.
Устройство управления нематическими жидкими кристаллами 17 вырабатывает необходимые сигналы для включения и выключения НЖК 13.
Преобразователь напряжения 19 преобразует напряжение амплитудой 1,5 В в напряжения +3 В и -3 В, которые используются для получения переменного напряжения с амплитудой около 6 В необходимого для нормальной работы НЖК.
Преобразователь 20 служит для получения напряжения -50 В, которое необходимо для питания формирователя импульса «подброса» Uпб 21.
Формирователь импульса «подброса» Uпб 21 генерирует импульс напряжения амплитудой -50 В и длительностью 1-2 мс, который подается на НЖК 13 в момент появления воздействующего светового излучения. Такая амплитуда импульса Unб необходима для получения минимального времени срабатывания НЖК 13. Для поддержания готовности НЖК 13 к быстрому срабатыванию ЭСУ 4 формирует переменное напряжение подпора Uпп с амплитудой порядка 1,5 В для "подогрева" НЖК 13.
Автономным источником 22 электрического питания является литиевый элемент, имеющий малый ток саморазряда. Это и небольшой ток потребления ЭСУ 4 позволяют эксплуатировать очки без обслуживания несколько лет. Включение и выключение очков осуществляется переключателем «Вкл./Выкл.»
Работают очки следующим образом.
-4
При отсутствии воздействующего интенсивного излучения НЖК 13 находятся в выключенном (не затемненном) состоянии, окуляры 3 в этом состоянии прозрачны и обеспечивают нормальную видимость окружающих предметов. При появлении оптического излучения пороговой интенсивности на входных окнах ФПУ 15 последний вырабатывает сигнал, который подается на «Формирователь импульса напряжения «подброса» Uпб 21 системы управления 4 НЖК 13. При этом НЖК 13 за время ≤ 10 с переводится в закрытое (затемненное состояние). Его оптическая плотность увеличивается с 0,5 до 6,0. После прекращения воздействия оптического излучения на входные окна ФПУ 15 система управления 4 с небольшой дополнительной заданной задержкой снимает напряжения Uпб с НЖК 13, выключая их (переводя в прозрачное состояние). То есть, прозрачность НЖК 13 снижается только на время существования внешнего интенсивного оптического излучения, обеспечивая защиту органов зрения от ослепляющего и поражающего действия светового излучения.
В институте были изготовлены и испытаны два образца противоослепляющих очков, которые показали, что:
2
-4
1. Испытанные образцы устойчивы к воздействию светового излучения. При импульсе облучения ≤ 6 кал/см они сохраняли работоспособность, заданное быстродействие (≤ 10 с) и заданный уровень защиты (увеличение оптической плотности до 6,0);
2. Время включения (затемнения) противоослепляющих очков составляло 85-100 мкс;
3. Оптическая плотность окуляров очков в видимой области спектра во включенном (затемненном) состоянии составляет 6,0-6,3.
Список использованных источников
1. Патент на изобретение №2036496, 27.05.1995.
2. Патент на изобретение №2273039, 07.05.2002.
3. Патент на изобретение №1005787, 23.03.1983.
4. У. Данелеп Введение в физику полупроводников, М., 1959.