Комбинированный формирователь-поляризатор излучения (кфпи)

 

Изобретение относится к светотехнике, а именно к источникам поляризованного излучения, и может быть использовано в антиослепительных системах для обеспечения безопасности движения транспортных средств, а также в поляризационной микроскопии и в других областях, где требуется поляризация поперечных колебаний, например в радиолокации. Технический результат - получение компактной и технологичной конструкции источника поляризованного излучения на основе излучателя - фары транспортного средства, который содержит источник излучения, рефлектор и систему формирователей-поляризаторов излучения сосудоподобной формы, выполненную из последовательно установленных системы пространственно разнесенных линз, системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, системы формирователей направленности лучей и системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения или из сегментов-формирователей поляризационной структуры излучения и установленную в фокусе рефлектора, причем внутри системы формирователей-поляризаторов излучения расположен по крайней мере один источник излучения, а сегменты-формирователи поляризационной структуры или система пространственно разнесенных линз, система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, система формирователей направленности лучей и система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения и рефлектора так, что излучение источника излучения проходит через систему формирователей-поляризаторов излучения, отражается от рефлектора и приобретает поляризацию. 10 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к источникам поляризованного излучения и может использоваться в антиослепительных системах, базирующихся в своей работе на поляризованном излучении для обеспечения безопасности движения транспортных средств; изобретение может быть использовано также в поляризационной микроскопии и в других областях, где требуется поляризация поперечных колебаний, например в радиолокации.

Известны устройства для транспорта, использующие для получения поляризованного излучения источник неполяризованного излучения - лампу накаливания и поляризатор излучения [1, 2].

Недостатками известных устройств являются сложность устройств в монтаже и эксплуатации [1], а также изменение внешнего вида излучателей-фар [2].

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Комбинированный источник поляризованного излучения" [2], содержащий источник излучения, рефлектор и систему формирователей-поляризаторов излучения.

Недостаток прототипа: изменение внешнего вида штатных излучателей-фар транспортных средств, использующих на фарах не рассеивающие прозрачные защитные стекла.

Заявляемое техническое решение в приложении к антиослепительным системам направлено на получение компактной и технологичной конструкции источника поляризованного излучения на основе излучателя-фары транспортного средства.

Это достигается тем, что в комбинированном формирователе-поляризаторе излучения, включающем по крайней мере один источник излучения, рефлектор и систему формирователей-поляризаторов излучения, система формирователей-поляризаторов излучения имеет сосудоподобную форму, выполнена из сегментов-формирователей поляризационной структуры и установлена в фокусе рефлектора 2 (фиг.1), причем внутри системы формирователей-поляризаторов излучения 3 расположен по крайней мере один источник излучения 1, а каждый из сегментов-формирователей поляризационной структуры системы формирователей-поляризаторов излучения 3 ориентирован в пространстве относительно источника излучения 1 и рефлектора 2 таким образом, что излучение источника излучения 1 проходит через систему формирователей-поляризаторов излучения 3, отражается от рефлектора 2 и приобретает поляризацию.

Кроме того, система формирователей-поляризаторов излучения содержит последовательно установленные системы пространственно разнесенных линз 5, разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, которые согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения 1 и рефлектора 2.

Кроме того, содержит по крайней мере еще одну систему формирователей-поляризаторов излучения 3 (фиг.3).

Кроме того, содержит по крайней мере еще одну систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6.

Кроме того, содержит светопоглотители 9.

Кроме того, имеет просветляющее покрытие.

Кроме того, содержит систему стабилизации плоскости поляризации выходного излучения.

Кроме того, каждая из линз системы пространственно разнесенных линз 5 составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены и ориентированы относительно расходящегося излучения.

Кроме того, содержит устройство принудительной вентиляции системы формирователей-поляризаторов излучения 3.

Кроме того, содержит входной и выходной патрубки 10 (фиг.6, 7) протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, оптически прозрачную трубку 11, которая введена между источником излучения 1 и внутренней поверхностью системы формирователей-поляризаторов излучения 3, оптически прозрачный охлаждающий реагент, систему охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента (фиг. 8) и соединительные трубки 14, причем область, ограниченная внутренней поверхностью системы формирователей-поляризаторов излучения 3 и оптически прозрачной трубкой 11, содержит оптически прозрачный охлаждающий реагент и соединена посредством входного и выходного патрубков 10 и соединительных трубок 14 с системой охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента.

Кроме того, содержит держатели-фиксаторы положения системы формирователей-поляризаторов излучения 3 относительно источника излучения 1 и рефлектора 2.

Предложенное техническое решение поясняется с помощью фиг.1-8.

На фиг.1а показаны источник излучения 1 и в разрезе рефлектор 2 и система формирователей-поляризаторов излучения 3 сосудоподобной формы комбинированного формирователя-поляризатора излучения.

На фиг.1b показаны источник излучения 1 и в разрезе рефлектор 2 и система формирователей-поляризаторов излучения 3 комбинированного формирователя-поляризатора излучения, а также вариант установки системы стабилизации плоскости поляризации выходного излучения 15.

На фиг. 2а показаны фрагмент варианта выполнения системы формирователей-поляризаторов излучения 3 и ход лучей поляризационных составляющих излучения для различных углов падающего излучения.

На фиг.2b показан фрагмент варианта выполнения системы формирователей-поляризаторов излучения, система пространственно разнесенных линз которого выполнена из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены.

На фиг. 3 показан фрагмент варианта выполнения двух последовательно установленных систем формирователей-поляризаторов излучения, в котором одна система установлена вовнутрь другой.

На фиг. 4 показан фрагмент системы формирователей-поляризаторов излучения, в который введена еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6).

На фиг.5 показаны фрагменты системы формирователей-поляризаторов излучения, в которые введена еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6 и светопоглотители 9 отраженной составляющей излучения с вариантами установки системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения.

На фиг. 6 показан в разрезе вариант построения системы формирователей-поляризаторов излучения 3 с входным и выходным патрубками 10 для протока оптически прозрачного охлаждающего реагента.

На фиг. 7 показана в аксонометрии система формирователей-поляризаторов излучения 3 с входным и выходным патрубками 10.

На фиг.8 показан вариант построения системы охлаждения и подключения ее к системе формирователей-поляризаторов излучения 3.

На фиг.1-8 и в тексте приняты следующие обозначения: 1 - источник излучения, 2 - рефлектор, 3 - система формирователей-поляризаторов излучения сосудоподобной формы, 4 - рассеиватель или защитное стекло, 5 - система пространственно разнесенных линз, 6 - система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, 7 - система формирователей направленности лучей, 8 - система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, 9 - светопоглотители, 10 - входной и выходной патрубки протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, 11 - оптически прозрачная трубка, 12 - радиатор системы охлаждения, 13 - насос прокачки оптически прозрачного охлаждающего реагента, 14 - соединительные трубки, 15 - система стабилизации плоскости поляризации выходного излучения.

Таким образом, заявляемое устройство - комбинированный формирователь-поляризатор излучения (КФПИ) (фиг.1) содержит: по крайней мере один источник излучения 1, рефлектор 2 и систему формирователей-поляризаторов излучения (СФПИ) 3 сосудоподобной формы, которая выполнена из сегментов-формирователей поляризационной структуры, дополнительно включает систему пространственно разнесенных линз 5, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, систему формирователей направленности лучей 7 и систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 и установлена в фокусе рефлектора 2, причем внутри СФПИ 3 расположен по крайней мере один источник излучения 1. В устройство, кроме того, дополнительно введены по крайней мере еще одна СФПИ 3, по крайней мере еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, светопоглотители 9, просветляющее покрытие, система стабилизации плоскости поляризации выходного излучения 15, каждая из линз системы пространственно разнесенных линз составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены, устройство принудительной вентиляции, входной и выходной патрубки 10, оптически прозрачная трубка 11, оптически прозрачный охлаждающий реагент, система охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента и держатели-фиксаторы.

Устройство работает следующим образом.

Система формирователей-поляризаторов излучения (СФПИ) 3 сосудоподобной формы комбинированного формирователя-поляризатора излучения (фиг.1а, b) может быть выполнена в виде сферического сегмента или пояса и имеет форму сферы или, например, может быть выполнена в виде сфероида, цилиндра, конуса или иметь другую форму, вытянута вдоль оси рефлектора 2 или в плоскости, ортогональной оси рефлектора 2, кроме того, может быть приплюснута в одной из плоскостей сообразно применяемому источнику излучения 1 и установлена в фокусе рефлектора 2, который формирует направленный поток излучения. Внутри СФПИ 3, например, в геометрическом центре расположен по крайней мере один источник излучения 1, который представляет собой источник неполяризованного излучения, например лампу накаливания, или источник частично поляризованного или поляризованного излучения с поляризацией, отличной от требуемой.

При этом системы СФПИ 3 согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения 1 - установлены под углом Брюстера или близким к нему относительно падающего излучения (для системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения) и относительно рефлектора 2, что позволяет сформировать направленный поток поляризованного излучения. При расположении внутри СФПИ 3, например, двух источников излучения 1 его системы ориентируются соответственно относительно обоих источников излучения 1.

Сегменты СФПИ 3 могут быть собраны из систем формирователей-поляризаторов излучения с цилиндроподобными системами пространственно разнесенных линз (фиг. 1а) или из ячеек-сот (фиг.1b) - систем формирователей-поляризаторов излучения (фиг.2-5) или из комбинаций их, для каждой из которых установлен свой угол поворота плоскости поляризации расположением соответствующим образом поверхностей системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6 и системы формирователей направленности лучей 7 с последующим поворотом одной или обеих поляризационных составляющих излучения до требуемого угла установки плоскости поляризации системой пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, или угол поворота плоскости поляризации устанавливается поворотом на соответствующий угол самой ячейки-соты или непосредственно системой пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8.

При использовании рефлектора 2 из сегментов, каждый из которых может быть плоским или имеет поверхность заданной кривизны, лучи от каждой из систем формирователей-поляризаторов излучения направлены на соответствующие сегменты рефлектора 2, а при выполнении СФПИ 3 из сегментов-формирователей поляризационной структуры, которые могут представлять собой, например, поляризаторы на основе поляроидов при использовании источника неполяризованного или частично поляризованного излучения или вращатели плоскости поляризации, или преобразователи поляризации, например, круговой в линейную при использовании соответствующего источника излучения, каждый из таких сегментов-формирователей поляризационной структуры имеет свой угол установки плоскости поляризации.

При работе устройства расходящееся излучение источника излучения 1 падает на системы СФПИ 3 - на систему пространственно разнесенных линз 5, преобразующих излучение в расходящиеся лучи излучения и тени, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, систему формирователей направленности лучей 7 и систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 (фиг.2-5) [2], где ортогональные поляризационные составляющие излучения приводятся к однотипной поляризации, или излучение источника излучения 1 падает на сегменты-формирователи поляризационной структуры, например на поляроиды и таким образом излучение преобразуется в расходящиеся лучи с линейной поляризацией в каждом луче. Сформированные таким образом лучи падают на рефлектор 2, формирующий направленный поток излучения.

При этом системы СФПИ 3 или только система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, или сегменты-формирователи поляризационной структуры для каждого из лучей ориентируют плоскость поляризации излучения в пространстве таким образом, что проходящие через них лучи после отражения от соответствующих участков или сегментов рефлектора 2 приобретают одинаковую плоскость поляризации и таким образом формируют направленный поток поляризованного излучения.

При этом углы установки плоскостей поляризации соседних ячеек-сот или сегментов-формирователей поляризационной структуры СФПИ 3 могут быть взаимно развернуты относительно оптимального положения, что позволит при приеме такого излучения через поляризационный фильтр исключить наличие взаимного положения источника поляризованного излучения и приемника, соответствующего полному подавлению излучения, и таким образом снизить возможную модуляцию при их взаимном крене [3].

Для повышения эффективности преобразования неполяризованного излучения в поляризованное введена по крайней мере еще одна система формирователей-поляризаторов излучения (фиг.3), при этом одна СФПИ установлена вовнутрь другой СФПИ или дополнительно последовательно, после систем формирователя-поляризатора излучения установлена по крайней мере еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6 (фиг.4, 5), а для подавления отраженной составляющей излучения содержит светопоглотители 9, варианты установки которых показаны на фиг.5, где также показаны варианты установки системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8.

Дополнительно оптические системы СФПИ 3 имеют просветляющее покрытие для подавления отражений от поверхностей и оптического согласования систем устройства.

Дополнительно при использовании диспергирующих или температурозависимых вращателей плоскости поляризации излучения после системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 введена система стабилизации плоскости поляризации выходного излучения, которая может быть выполнена в виде системы поляризаторов-стабилизаторов плоскости поляризации выходного излучения сосудоподобной формы, например, на основе поляроидов или поляризаторов на "стопе", внутрь которой установлена СФПИ 3.

При применении излучателей-фар (фиг.1а) транспортных средств, в которых между лучами падающего на рефлектор 2 излучения и отраженного от него углы небольшие, возникающая эллиптичность при отражении поляризованного излучения незначительна.

При применении излучателей-фар (фиг.1b), в которых эти углы большие, эллиптичность отраженного от рефлектора 2 поляризованного излучения может быть велика, и для таких излучателей-фар дополнительно введена система стабилизации плоскости поляризации выходного излучения 15, которая может быть выполнена, например, в виде пленки нематического жидкокристаллического вещества (ЖК) с твист-эффектом [4], установленного на поверхности рефлектора 2 или вблизи него, причем директора верхнего слоя ЖК ориентированы параллельно или перпендикулярно плоскости поляризации падающего излучения в каждой точке поверхности, а директора нижнего слоя ЖК, лежащего на поверхности рефлектора 2 или вблизи него, ориентированы параллельно или перпендикулярно оси рефлектора 2 или направлению лучей выходного излучения (для расходящегося излучения). При этом плоскость поляризации падающего на верхний слой ЖК излучения при прохождении к поверхности рефлектора 2 отслеживает положение директоров в слое ЖК, и при расположении директоров верхнего и нижнего слоев под углом друг к другу плоскость поляризации падающего на рефлектор 2 излучения поворачивается и у поверхности рефлектора 2 устанавливается параллельно или перпендикулярно его оси или направлению распространения лучей выходного излучения и соответственно лежит в плоскости падения, что исключает деполяризацию при отражении. Далее излучение отражается от рефлектора 2 без разрушения поляризационной структуры, вновь проходит через слой ЖК, который возвращает к исходной для каждой точки поверхности плоскость поляризации сформированного СФПИ 3 излучения и излучается в пространство. При этом ЖК имеет просветляющее покрытие для предупреждения отражений от его поверхности.

Дополнительно для исключения прохождения излучения через вершины разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, где технологически сложно выполнить условие закона Брюстера, каждая из линз системы пространственно разнесенных линз 5 составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены, что позволяет разделить и направить падающий поток излучения только на поверхности разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, минуя их вершины (фиг.2b) [2].

Дополнительно для защиты от перегрева СФПИ 3 введено устройство принудительной вентиляции, например вентилятор, который может быть установлен непосредственно в фаре транспортного средства, или СФПИ 3 содержит входной и выходной патрубки 10 протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, оптически прозрачную трубку 11 (фиг.6, фиг.7), которая введена между источником излучения 1 и внутренней поверхностью СФПИ 3, оптически прозрачный охлаждающий реагент и систему охлаждения его, причем область, ограниченная внутренней поверхностью СФПИ 3 и оптически прозрачной трубкой 11, герметична, содержит оптически прозрачный охлаждающий реагент и соединена посредством входного и выходного патрубков 10 с системой охлаждения оптически прозрачного реагента, которая, например, содержит радиатор 12, передающий тепло охлаждающего реагента во внешнюю среду, насос 13 для прокачки охлаждающего реагента, соединительные трубки 14 (фиг.8) и устройство контроля протока оптически прозрачного охлаждающего реагента - например датчик давления, который при отсутствии давления в системе подает соответствующий звуковой и/или оптический сигнал. Входной и выходной патрубки 10 могут иметь прямоугольную форму, при этом часть отраженного от рефлектора 2 излучения при падении на патрубки 10 проходит через них, не меняя направления.

Дополнительно для фиксации заданного положения СФПИ 3 относительно источника излучения 1 и рефлектора 2 содержит держатели-фиксаторы положения СФПИ 3.

Использование изобретения позволит получить удобную и технологичную конструкцию комбинированного формирователя-поляризатора излучения при сохранении внешнего вида штатных излучателей-фар транспортных cредств, использующих на фарах прозрачное защитное стекло.

ЛИТЕРАТУРА 1. US Patent 4219867, Aug. 26,1980, F 21 V 9/14.

2. RU Патент 2150635, 17.11.1998, F 21 V 9/14.

3. DE Patent 4330708, 10.09.1993, F 21 V 9/14.

4. Goodman Lawrence A., Meyerhofer Dietrich, Digiovanni Samuel, The effect of surface orientation on the operation of multiplexed twisted-nematic devices. "IEEE Trans. Electron Devices", 1976, 23, N 10, 1176-1182.

Формула изобретения

1. Комбинированный формирователь-поляризатор излучения, включающий по крайней мере один источник излучения, рефлектор и систему формирователей-поляризаторов излучения, отличающийся тем, что система формирователей-поляризаторов излучения имеет сосудоподобную форму, выполнена из сегментов-формирователей поляризационной структуры и установлена в фокусе рефлектора, причем внутри системы формирователей-поляризаторов излучения расположен, по крайней мере, один источник излучения, а каждый из сегментов-формирователей поляризационной структуры системы формирователей-поляризаторов излучения ориентирован в пространстве относительно источника излучения и рефлектора так, что излучение источника излучения проходит через систему формирователей-поляризаторов излучения, отражается от рефлектора и приобретает поляризацию.

2. Поляризатор по п. 1, отличающийся тем, что система формирователей-поляризаторов излучения содержит последовательно установленные системы пространственно разнесенных линз, разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, которые согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения и рефлектора.

3. Поляризатор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, еще одну систему формирователей-поляризаторов излучения.

4. Поляризатор по п. 2 или 3, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, еще одну систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения.

5. Поляризатор по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что содержит светопоглотители.

6. Поляризатор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что имеет просветляющее покрытие.

7. Поляризатор по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что содержит систему стабилизации плоскости поляризации выходного излучения.

8. Поляризатор по любому из пп. 2-7, отличающийся тем, что каждая из линз системы пространственно разнесенных линз составлена, по крайней мере, из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены и ориентированы относительно расходящегося излучения.

9. Поляризатор по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что содержит устройство принудительной вентиляции системы формирователей-поляризаторов излучения.

10. Поляризатор по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что содержит входной и выходной патрубки протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, оптически прозрачную трубку, которая введена между источником излучения и внутренней поверхностью системы формирователей-поляризаторов излучения, оптически прозрачный охлаждающий реагент, систему охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента и соединительные трубки, причем область, ограниченная внутренней поверхностью системы формирователей-поляризаторов излучения и оптически прозрачной трубкой, содержит оптически прозрачный охлаждающий реагент и соединена посредством входного и выходного патрубков и соединительных трубок с системой охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента.

11. Поляризатор по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что содержит держатели-фиксаторы положения системы формирователей-поляризаторов излучения относительно источника излучения и рефлектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9