КОМБИНИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПОЛЯРИЗОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F21V9/14 F21S8/12 F21W101/10 

Изобретение относится к источникам поляризованного излучения и может использоваться в антиослепительных системах, базирующихся в своей работе на поляризованном излучении для обеспечения безопасности и в частности для обеспечения безопасности движения транспортных средств; изобретение может быть использовано также в поляризационной микроскопии и в локации.

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

Недостатками известных устройств являются сложность устройства в производстве, монтаже и эксплуатации.

Наиболее близкой по технической сущности и выбранной в качестве прототипа является автофара с поляризованным и неполяризованным источником света [2] , содержащая источник неполяризованного излучения - лампа накаливания, разделитель ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователь лучей и вращатель ортогональных поляризационных составляющих излучения.

Недостатки прототипа:
- сложность устройства в производстве, монтаже, а также эксплуатации [2] ;
- сложность использования совместно со штатными приборами излучения транспортных средств - фарами в связи с большими габаритами поляризатора излучения [2].

Заявляемое техническое решение в приложении к транспортным средствам направлено на получение компактной и технологичной конструкции источника поляризованного излучения на основе источника неполяризованного излучения подсвета - фары транспортного средства.

1. Это достигается тем, что в известной автофаре с поляризованным и неполяризованным источником света, содержащей источник поляризованного излучения, выполненный из последовательно установленных источника неполяризованного излучения, разделителя ортогональных поляризационных составляющих, формирователя лучей и вращателя ортогональных поляризационных составляющих излучения, комбинированный источник поляризованного излучения включает систему пространственно-разнесенных линз (4), которая вместе с разделителем ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), формирователем лучей (6) и вращателем ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) образуют формирователь-поляризатор излучения (2), который выполнен соответственно в виде тонкого пакета последовательно установленных и оптически согласованных системы пространственно разнесенных линз (4) (фиг.3, 5, 7), системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) (фиг. 3, 4, 5, 6), а также системы формирователей лучей (6) и системы пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) (фиг.3, 4, 5) и установлен в выходной плоскости источника неполяризованного излучения (1) (фиг. 1).

2. Кроме того, в формирователь-поляризатор излучения (2) введена еще одна система пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) (фиг.4d).

3. Кроме того, дополнительно установлен по крайней мере еще один формирователь-поляризатор излучения (2).

4. Кроме того, поверхности оптических систем пакета формирователя-поляризатора излучения (2) имеют просветляющее покрытие (9), (фиг.4, 5, 6, 7).

5. Кроме того, оптические системы пакета формирователя-поляризатора излучения (2) зафиксированы и оптически согласованы между собой наполнителем (10), (фиг.4, 5, 6).

6. Кроме того, вершины системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) имеют светонепроницаемое покрытие (11), (фиг. 6).

7. Кроме того, каждая из линз системы пространственно разнесенных линз (4) составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены (фиг.7).

8. Кроме того, формирователь-поляризатор излучения (2) имеет выпуклую форму.

9. Кроме того, системы пакета формирователя-поляризатора излучения (2) ориентированы и согласованы относительно расходящихся или сходящихся лучей неполяризованного источника излучения (1).

Предлагаемое техническое решение поясняется с помощью фиг. 1 - 7.

На фиг. 1 а,b,c показаны варианты комбинированного источника поляризованного излучения с различным положением формирователя-поляризатора излучения (2) относительно источника неполяризованного излучения подсвета-фары (1) транспортного средства.

На фиг. 2 показана последовательность преобразования неполяризованного излучения источника в поляризованное излучение.

На фиг. 3а, b показано конструктивное выполнение фрагмента формирователя-поляризатора излучения (2), использующего прямолинейные поверхности в системе разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) и в системе формирователей лучей (6) и ход лучей ортогональных поляризационных составляющих излучения в пространстве.

На фиг. 4a, b, c, d показано конструктивное выполнение фрагмента варианта системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), системы формирователей лучей (6) и системы пространственно согласующих вращателей (7), формирователя-поляризатора излучения (2) и ход лучей в пространстве ортогональных поляризационных составляющих излучения.

На фиг. 6 показано конструктивное выполнение фрагмента формирователя-поляризатора излучения (2), использующего криволинейные поверхности в системе разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) и в системе формирователей лучей (6) и ход лучей ортогональных поляризационных составляющих излучения в пространстве.

На фиг. 6 показан фрагмент системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) формирователя-поляризатора излучения (2) со светонепроницаемым покрытием (11) на их вершинах.

На фиг. 7 показан фрагмент системы пространственно разнесенных линз (4) формирователя-поляризатора излучения (2), составленных из двух сомкнутых частей линз и ход лучей падающего излучения в системе.

На фиг. 1 - 7 и в тексте приняты следующие обозначения;
1 - источник неполяризованного излучения подсвета - фара;
2 - формирователь-поляризатор излучения;
3 - фронт волны неполяризованного излучения;
4 - система пространственно разнесенных линз;
5 - система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения;
6 - система формирователей лучей излучения:
7 - система пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения;
8 - фронт волны поляризованного излучения;
9 - просветляющее покрытие:
10 - наполнитель;
11 - светонепроницаемое покрытие.

Таким образом, заявляемое устройство (фиг. 1) - комбинированный источник поляризованного излучения состоит из источника неполяризованного излучения (1) и формирователя-поляризатора излучения (2), который выполнен из системы пространственно разнесенных линз (4), системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), системы формирователей лучей (6), системы пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) и дополнительно содержит еще одну систему пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7), по крайней мере еще один формирователь-поляризатор излучения (2), просветляющее покрытие (9), наполнитель (10) и светонепроницаемое покрытие (11).

Устройство работает следующим образом:
Фронт волны излучения (3) (фиг.2) от неполяризованного источника излучения или, например, частично поляризованного излучения падает на последовательно установленные системы формирователя-поляризатора излучения (2) (фиг.1). Система пространственно разнесенных линз, например, цилиндрических или сферических линз (4) (фиг. 3, 5, 7) делит излучение в пространстве на чередующиеся области излучения и тени, где излучение отсутствует, с периодом, определяемым конструкцией. Поток излучения каждой области излучения падает соответственно на систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) (фиг. 3, 4а,b, 5), которая представляет собой систему "стоп", собранных из чередующихся слоев оптически прозрачных пленок с различными показателями преломления [4, 5] и установленных под углом Брюстера или близким к нему по отношению к падающему на ее поверхность излучению, при этом одна из поляризационных составляющих - параллельная поверхностям системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих (5) проходит через систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), а вторая - перпендикулярная поляризационная составляющая излучения отражается и далее падает на систему формирователей лучей (6) (фиг. 3, 4а, 5), которая согласует по направлению распространения перпендикулярную поляризационную составляющую излучения с прошедшей через систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) параллельной поляризационной составляющей излучения. При этом возможна коррекция направления распространения лучей изменением угла установки поверхностей системы формирователей лучей (6) относительно поверхностей системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5). Система формирователей лучей (6) может представлять собой систему "стоп" из чередующихся слоев оптически прозрачных пленок с различными показателями преломления, а также может быть выполнена из отражающих пленок, например, металлизированных. Таким образом образуются разнесенные в пространстве, но идентичные по направлению распространения ортогональные поляризационные составляющие излучения. Сформированные лучи проходят через систему пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7), например, на нематических жидких кристаллах (НЖК) с твист-эффектом, которые позволяют вращать плоскополяризованную волну без разрушения ее поляризационной структуры при ориентировании электрического вектора плоскополяризованного излучения параллельно или перпендикулярно директору на передней границе слоя НЖК [6] , где их поляризационные характеристики приводятся к однотипной (фиг.3, 4, 5).После чего они суммируются в пространстве (8) (фиг.2).

На фиг. 4b показан вариант установки в формирователе-поляризаторе излучения (2) системы пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) перед системой формирователей лучей (6), при котором перпендикулярная поляризационная составляющая излучения отражается от системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), проходит через вращатели (7), где ее плоскость поляризации изменяется на ортогональную, параллельную и далее отражается от поверхности системы формирователей лучей (6), которая выполнена из металлизированной пленки и суммируется в пространстве с параллельной поляризационной составляющей излучения, прошедшей через систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5).

На фиг.4с вращатели (7) установлены на входной поверхности системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5). При этом система пространственно согласующих вращателей (7) одинаково вращает обе поляризационные составляющие проходящего неполяризованного излучения, не изменяя его поляризационных характеристик, отраженная же перпендикулярная поляризационная составляющая излучения при проходе через вращатели (7) изменяет поляризацию на ортогональную и далее так же как и в случае фиг.4b суммируется в пространстве с однотипной составляющей, прошедшей через систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5).

На фиг.4d одна система пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) установлена на поверхностях системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), а другая на поверхностях системы формирователей лучей (6). При этом перпендикулярная поляризационная составляющая излучения отражается от системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), проходит через вращатели (7), установленные на них, которые преобразуют плоскость поляризации излучения в параллельную и далее падает на вращатели (7) (фиг. 4d), установленные на поверхностях системы формирователей лучей (6), при этом плоскость поляризации излучения, проходящего через эти вращатели, становится перпендикулярной, далее излучение отражается от системы формирователей лучей (6) и вновь проходит через вращатели, установленные на них, которые изменяют плоскость поляризации излучения на параллельную, и далее излучение суммируется в пространстве с однотипной поляризационной составляющей, прошедшей через систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5). При использовании сходящихся лучей после системы пространственно разнесенных линз (4) (фиг. 5), используется система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) и система формирователей лучей (6) с самосопряженными криволинейными поверхностями, на выходе которых формируются идентичные по направлению распространения лучи.

При применении системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5) с низкой степенью поляризации, для повышения эффективности преобразования неполяризованного излучения в поляризованное, в выходной плоскости источника дополнительно последовательно установлен по крайней мере еще один формирователь-поляризатор излучения (2). При применении формирователя-поляризатора излучения (2) с поверхностью меньшей площади, чем площадь потока излучения, формируемого источником неполяризованного излучения (1), в выходной плоскости источника неполяризованного излучения (1) параллельно установлен по крайней мере еще один формирователь-поляризатор излучения (2) (фиг.1b).

Для исключения прохождения части перпендикулярной поляризационной составляющей излучения через вершины системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), где технологически сложно выполнить условие закона Брюстера, вершины имеют светонепроницаемое покрытие (11), (фиг. 6).

Для предотвращения потерь падающего излучения на вершинах разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (5), каждая из линз системы пространственно разнесенных линз (4) составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены (фиг.7), что позволяет разделить и направить падающий поток излучения только на поверхности разделителей (5), минуя его вершины.

При использовании источника неполяризованного излучения (1) с расходящимся или сходящимся потоком излучения (например, точечного источника излучения), формирователь-поляризатор излучения (2) имеет выпуклую форму, что позволяет выполнить условие закона Брюстера для всех направлений расходящегося или сходящегося потока излучения. А при плоской конструкции формирователя-поляризатора излучения (2) системы пакета ориентированы и согласованы относительно расходящихся или сходящихся лучей неполяризованного источника излучения (1). Оптические системы пакета зафиксированы и оптически согласованы между собой наполнителем (10) (фиг.4, 5, 6) для предупреждения смещения лучей, а их поверхности покрыты просветляющим покрытием (9) для согласования показателей преломления и таким образом ослабления потерь на отражение (фиг. 4, 5, 6, 7) [7], что проявляется при прохождении излучения из одной системы пакета в другую, с отличным от нее показателем преломления, а также для снижения отражений от входной и выходной поверхностей пакета формирователя-поляризатора излучения (2).

Использование изобретения позволит:
- создать компактную и технологичную конструкцию источника поляризованного излучения на основе источника неполяризованного излучения транспортного средства;
- упростить эксплуатацию и повысить надежность устройства за счет использования компактной конструкции формирователя-поляризатора излучения.

Список литературы
1. Schweizerische eidgenossenschaft CH 536.459. 30.04.1973. F 21 M 3/04.

2. United States Patent 4.219. 867. Aug 26 1980. F 21 V 9/14. Zehender. Vehicle headlight with polarized and nonpolarized light emission.

3. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Курс физики, т.4 М.ИВШ. 1967, стр. 89.

4. F. Abeles, J. phys. et rad. 11, N 7, 403-406, 1950.

5. Успехи физических наук, т. 35, N 3, 415, 1948.

6. А. А. Васильев и др. Пространственные модуляторы света, М.: Радио и Связь, 1987, стр. 90.

7. Успехи физических наук, т.47, N 1, 30, 1952.

Изобретение относится к области светотехники, а именно к комбинированным источникам поляризованного излучения, и используется в частности в антиослепительных системах, базирующихся в своей работе на поляризованном излучении для обеспечения безопасности и в частности для обеспечения безопасности движения транспортных средств. Изобретение также может быть использовано в поляризованной микроскопии и в локационных устройствах. Технический результат - повышение технологичности. Технический результат достигается за счет создания конструкции комбинированного источника поляризованного излучения, состоящего из источника неполяризованного излучения и формирователя-поляризатора излучения, который выполнен в виде тонкого пакета оптически согласованных систем пространственно разнесенных линз-преобразователей волны, разделителей ортогональных поляризованных составляющих излучения, системы формирователей лучей и системы пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения и установлен в выходной плоскости источника неполяризованного излучения. В формирователь-поляризатор излучения может быть введена еще одна система пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения. Дополнительно может быть установлен, по крайней мере, еще один формирователь-поляризатор излучения. Поверхности оптических систем пакета формирователя-поляризатора излучения могут иметь просветляющее покрытие. Оптические системы пакета формирователя-поляризатора излучения могут быть зафиксированы и оптически согласованы между собой наполнителем. Вершины разделителя ортогональных поляризационных составляющих излучения могут иметь светонепроницаемое покрытие. Каждая из линз системы пространственно разнесенных линз-преобразователей волны может быть составлена, по крайней мере, из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены. Формирователь-поляризатор излучения может иметь выпуклую форму. Системы пакета формирователя-поляризатора излучения могут быть ориентированы и согласованы относительно расходящихся или сходящихся лучей неполяризованного источника излучения. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Комбинированный источник поляризованного излучения, включающий последовательно установленные источник неполяризованного излучения, разделитель ортогональных поляризационных составляющих, формирователь лучей и вращатель ортогональных поляризационных составляющих излучения, отличающийся тем, что введена система пространственно разнесенных линз, которая вместе с разделителем ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователем лучей и вращателем ортогональных поляризационных составляющих излучения образуют формирователь-поляризатор излучения, который выполнен соответственно в виде тонкого пакета последовательно установленных и оптически согласованных системы пространственно разнесенных линз, системы разделителей ортогональных поляризованных составляющих излучения, а также системы формирователей лучей и системы пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения и установлен в выходной плоскости источника неполяризованного излучения. 2. Источник по п.1, отличающийся тем, что в формирователь-поляризатор излучения введена еще одна система пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения. 3. Источник по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно установлен по крайней мере еще один формирователь-поляризатор излучения. 4. Источник по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что поверхности оптических систем пакета формирователя-поляризатора излучения имеют просветляющее покрытие. 5. Источник по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что оптические системы пакета формирователя-поляризатора излучения зафиксированы и оптически согласованы между собой наполнителем. 6. Источник по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что вершины системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения имеют светонепроницаемое покрытие. 7. Источник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что каждая из линз системы пространственно разнесенных линз составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены. 8. Источник по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что формирователь-поляризатор излучения имеет выпуклую форму. 9. Источник по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что системы пакета формирователя-поляризатора излучения ориентированы и согласованы относительно расходящихся или сходящихся лучей неполяризованного источника излучения.