Способ стабилизации температуры холестерических жидких кристаллов

 

Сущность изобретения: освещают слой холестерического жидкого кристалла источником света с заданной длиной волны и измеряют отраженное излучение одновременно под двумя углами. Регулируют мощность нагревателя до получения равенства измеренных значений сигналов отраженного излучения. 2 ил.

Изобретение может быть использовано при создании радиометров, тепловизоров и других устройств регистрации ИК-излучения.

Наиболее близким к изобретению можно считать устройство температурной компенсации в жидкокристаллическом цветном индикаторе изображения, в котором измеряется емкость холестерических жидких кристаллов (ХЖК), регулируется напряжение.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, обусловленная наличием электродов-датчиков, которые ухудшают температурную чувствительность индикатора из-за увеличения теплоемкости и теплопроводности, низкая точность поддержания температуры.

По предлагаемому способу стабилизации температуры ХЖК включающему регулировку мощности нагревателя, освещают ХЖК-слой источником монохроматического излучения, измеряют отраженное излучение одновременно под двумя углами, а регулировку мощности нагревателя осуществляют до получения равенства измеренных значений сигналов отраженного излучения.

На фиг. 1 представлена схема устройства, с помощью которого можно осуществить предложенный способ; на фиг. 2 - зависимость интенсивности селективно отраженного света от угла наблюдения в ХЖК, где температура Т₁ соответствует максимуму селективного отражения для угла наблюдения ₁, температура Т₂ - для угла наблюдения ₂ .

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 монохроматического света, оптическую систему 2 осветителя, окно 3, ХЖК-пленку 4, оптические системы 5 и 5' фотоприемников 6 и 6', корпус термостата 7, лучистый нагреватель 8.

Способ осуществляется следующим образом.

ХЖК-пленку 4, помещенную в термостат 7, обеспечивающий грубую стабилизацию температуры, освещают коллимированным пучком монохроматического света с помощью осветителя 1. Отраженное излучение измеряют с помощью фотоприемников (фотодиодов) 6 и 6', расположенных под разными углами к плоскости пленки 4. Они могут быть, в частности, размещены в фокусах оптических систем 5 и 5', оси которых имеют разный наклон к плоскости ХЖК-пленки.

Выходные сигналы фотоприемников пропорциональны соответственно кривым ₁ и ₂ (фиг.2). Точка Тк соответствует температуре стабилизации рабочей области чувствительного элемента. Регулировку мощности нагревателя осуществляют до получения равенства сигналов с фотоприемников.

Если термостат 7 и лучистый нагреватель 8 совместно обеспечивают среднюю температуру стабилизируемой области, равную Тк, то выходные сигналы фотодиодов равны и мощность нагревателя 8 поддерживается на среднем уровне. При малейшем нагревании (или охлаждении) ХЖК-пленки равенство сигналов фотодиодов нарушается, мощность излучения нагревателя уменьшается (увеличивается) и температура ХЖК возвращается к значению Тк.

Таким образом, измерение температуры ХЖК производится непосредственно во время работы устройства, что снижает погрешность термостабилизации. Кроме того, физические процессы, обуславливающие температурно-угловую зависимость коэффициента отражения, локализованы в самом чувствительном элементе, поэтому имеет место абсолютно полное совпадение стабилизируемого объекта с датчиком температуры, т.е. разность температур датчика и объекта всегда равны нулю. При симметричности кривых ₁ и ₂ вблизи точки Т_к нестабильность и шумы осветителя не влияют на погрешность стабилизации.

П р и м е р. Для ХЖК с экстремально узким температурным диапазоном селективного отражения крутизна кривых ₁ , ₂ (отношение приращений коэффициента отражения и температуры) может достигать 10000...50000% на градус Цельсия. Если амплитудное разрешение фотодиодов равно 0,01%, то погрешность стабилизации температуры равна 0,00005...0,00001 градуса. Это может быть достигнуто, например, при пороговой чувствительности фотодиода 10е - 12 Вт (она может быть и 10е - 16 Вт) и падающем на фотодиод потоке от осветителя 10е - 8 Вт. Следовательно, минимально возможная погрешность температуры ограничивается не предлагаемым способом, а температурными шумами жидкого кристалла или шумами нагревателя.

Формула изобретения

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ХОЛЕСТЕРИЧЕСКИХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ, включающий регулировку мощности нагревателя, отличающийся тем, что освещают слой холестерического жидкого кристалла монохроматическим излучением, измеряют отраженное излучение одновременно под двумя углами, а регулировку мощности нагревателя осуществляют до получения равенства измеренных значений сигналов отраженного излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2