УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОЛЯРИЗАТОР ИЗЛУЧЕНИЯ (УКПИ) Российский патент 2008 года по МПК F21V9/14 

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 и поляризатор излучения [1, 2, 11], а для отвода тепла источника полые линзы с охлаждающей жидкостью [12].

Недостатками известных устройств являются необходимость применения материалов, способных выдерживать высокие температуры, или введение дополнительной системы охлаждения, увеличивающей габариты устройства [1, 2, 11, 12].

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Комбинированный поляризатор излучения" [1], содержащий источник излучения, рефлектор и систему формирователей - поляризаторов излучения, которая включает последовательно установленные систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей и систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения.

Недостатки прототипа

1. Необходимость введения дополнительного сосуда с охлаждающим реагентом между источником излучения и формирователем - поляризатором излучения для защиты от перегрева теплом источника излучения, что усложняет конструкцию и в ряде случаев увеличивает габариты устройства.

2. Сложна технология изготовления применяемых многослойных диэлектрических пленок.

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

1. Это достигается тем, что в известном "Комбинированном поляризаторе излучения" [1], включающем, по крайней мере, один источник излучения, рефлектор, по крайней мере, один формирователь - поляризатор излучения (ФПИ), который ориентирован относительно оптической оси рефлектора и содержит последовательно установленные систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей, а также систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (4), в универсальном комбинированном поляризаторе излучения (фиг.1) системы пространственно разнесенных линз (6) выполнены полыми, причем полости имеют выходы, по крайней мере, к одному входному и одному выходному патрубкам для прокачки оптически прозрачного охлаждающего реагента, а система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения выполнена на жидких кристаллах с использованием внутреннего ориентанта, а ее поверхности содержат оптически прозрачные электроды, при этом при подаче на них потенциала осуществляется принудительная ориентация приповерхностного слоя жидких кристаллов со стороны падающего поляризованного излучения под действием его электромагнитного поля, и кроме того, система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на двулучепреломляющем веществе с использованием угла полного внутреннего отражения одной из поляризационных составляющих излучения, при этом директора двулучепреломляющего вещества ориентированы параллельно оптической оси рефлектора.

2. Кроме того, между ФПИ и рефлектором введены корректирующие вращатели поляризационных составляющих излучения (9) (фиг.3), при этом плоскости поляризации всех лучей, сформированных ФПИ излучения и прошедших через них, согласованы относительно оптической оси рефлектора.

3. Кроме того, система разделителей поляризационных составляющих излучения на двулучепреломляющем веществе поворачивает плоскость поляризации проходящего через нее излучения.

4. Кроме того, система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на призмах.

5. Кроме того, между ФПИ (3) и рефлектором (2) введен поляризационный фильтр (10), плоскость поляризации которого ориентирована относительно оптической оси рефлектора.

6. Кроме того, между ФПИ (3) и рефлектором (2) введен поляризационный отражатель (11) одной из поляризационных составляющих излучения, плоскость поляризации которого ориентирована относительно оптической оси рефлектора.

7. Кроме того, ФПИ выполнен, по крайней мере, из двух частей, каждая из которых содержит входной и выходной патрубки для протока оптически прозрачного охлаждающего реагента.

8. Кроме того, система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (4) выполнена выпуклой.

9. Кроме того, содержит устройство стабилизации температуры оптически прозрачного охлаждающего реагента.

10. Это достигается тем, что в известном "Комбинированном поляризаторе излучения [1], включающем, по крайней мере, один источник излучения, рефлектор и отражающий ФПИ (ОФПИ), который ориентирован относительно оптической оси рефлектора, а также систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, в Универсальном комбинированном поляризаторе излучения (УКПИ) (фиг.14...17) отражающий ФПИ выполнен на жидких кристаллах и представляет собой режектор одной из поляризационных составляющих излучения, использующий угол полного внутреннего отражения, поверхности которого содержат оптически прозрачные электроды для формирования в нем электрического поля, под действием которого молекулы жидкого кристалла переориентируются, а между источником излучения и отражающим ФПИ введен тепловой экран, оптически прозрачный для видимого света.

11. Кроме того, между источником излучения и отражающим ФПИ введен деполяризатор излучения.

12. Кроме того, между источником излучения и отражающим ФПИ введен корректирующий вращатель плоскости поляризации проходящего через него излучения.

13. Кроме того, система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения установлена с выходной стороны отражающего ФПИ, а у поверхности рефлектора расположен компенсирующий вращатель плоскости поляризации, при этом система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения устанавливает в пространстве плоскость поляризации проходящего через нее поляризованного излучения таким образом, что после отражения этого излучения от рефлектора в выходной плоскости рефлектора формируется линейно поляризованное излучение, а компенсирующий вращатель плоскости поляризации предупреждает возникновение эллиптичности этого излучения при отражении от рефлектора, и кроме того, компенсирующий вращатель плоскости поляризации содержит внутренний ориентант, а его поверхности содержат оптически прозрачные электроды с выводами для подачи на них управляющего потенциала.

14. Кроме того, в выходной плоскости рефлектора последовательно установлены, по крайней мере, два отражающих ФПИ, плоскости поляризации которых взаимно развернуты, а поверхности содержат оптически прозрачные электроды, при этом на электроды каждого из отражающих ФПИ поочередно подается управляющее напряжение.

15. Кроме того, с выходной стороны отражающего ФПИ установлен ориентирующий вращатель плоскости поляризации.

16. Кроме того, рефлектор выполнен прозрачным для теплового излучения.

17. Кроме того, в выходную плоскость рефлектора введен отражатель теплового излучения.

Предложенное техническое решение поясняется с помощью фиг.1...фиг.17.

На фиг.1а, b показаны источник излучения (1) и в разрезе рефлектор (2) и формирователь - поляризатор излучения (ФПИ) (3), в котором система пространственно разнесенных линз (6) выполнена полой и содержит оптически прозрачный охлаждающий реагент.

На фиг.2а, b показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в котором система пространственно разнесенных линз (6) выполнена полой и содержит оптически прозрачный охлаждающий реагент (13).

На фиг.3а, b, с показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в который введены корректирующие вращатели поляризационных составляющих излучения (9).

На фиг.3d, e показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в котором система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на двулучепреломляющем веществе.

На фиг.3f показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в котором система разделителей поляризационных составляющих излучения на двулучепреломляющем веществе поворачивает плоскость поляризации проходящего через них поляризованного излучения.

На фиг.3g показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в котором система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на призмах, использующих двулучепреломляющее вещество.

На фиг.4а показаны источник излучения (1) и в разрезе рефлектор (2) и ФПИ (3), фиг.3d.

На фиг.4b показаны источник излучения (1) и в разрезе рефлектор (2) и ФПИ (3), фиг.3е, f.

На фиг.4с показаны источник излучения (1) и в разрезе рефлектор (2) и ФПИ сфероподобной формы (3).

На фиг.4а показан ФПИ сфероподобной формы (3), состоящий из двух частей - полусфер.

На фиг.5 показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в который введен поляризационный фильтр (10).

На фиг.6 показаны в разрезе сегменты источника излучения (1) и ФПИ, в котором поляризационный фильтр выполнен из частей (сегментов) с взаимно ортогональной плоскостью поляризации.

На фиг.7а, b показаны источник излучения (1) и в разрезе рефлектор (2), ФПИ (3) и варианты поляризационного отражателя (11).

На фиг.8 показаны в разрезе сегменты источника излучения (1), ФПИ и поляризационного отражателя (11).

На фиг.9а, b, с показано соответственно расположение директоров слоя жидких кристаллов (ЖК) вблизи входной и выходной поверхностей корректирующих вращателей и вид сбоку (фиг.9с).

На фиг.10a, b показаны линиями варианты расположения директоров ЖК вблизи входной поверхности системы пространственно согласующих вращателей (СПСВ) для ФПИ, фиг.5, 7, 8.

На фиг.10с показано линиями расположение директоров ЖК вблизи входной поверхности СПСВ для ФПИ, формирующего лучи с взаимно ортогональной плоскостью поляризации.

На фиг.10d показано линиями расположение директоров ЖК вблизи выходной поверхности СПСВ.

На фиг.11a, b показаны СПСВ с выпуклой поверхностью - вид спереди и сбоку соответственно.

На фиг.12а показан фрагмент развернутого тонкого ФПИ с полой системой линз.

На фиг.12b показан фрагмент развернутого тонкого ФПИ с полой системой линз, в котором тонкая пленка нематического ЖК (НЖК) выполняет роль системы разделителей и СПСВ.

На фиг.13а, b показаны развернутый тонкий поляризатор излучения с полой системой линз, вид сбоку и со стороны излучателя соответственно.

На фиг.14а показаны источник излучения и сегмент ОФПИ, который представляет собой режектор в виде отражателя одной из поляризационных составляющих излучения.

На фиг.14b показаны источник излучения (1), сегмент ОФПИ и корректирующий вращатель плоскости поляризации (9).

На фиг.15а, b, с, d показаны соответственно фрагменты ОФПИ с планарным и наклонным расположением молекул в слое ЖК при отсутствии (U=0) и наличии (U=1) потенциала на оптически прозрачных электродах.

На фиг.15е, f, g показаны соответственно фрагменты ОФПИ, в котором последовательно установлены два ОФПИ, плоскости которых взаимно развернуты, и эпюры напряжений на их электродах.

На фиг.16а показаны источник излучения (1) и в разрезе тепловой экран (5), рефлектор (2), ОФПИ и корректирующий вращатель плоскости поляризации сфероподобной формы.

На фиг.16b показаны источник излучения (1) и в разрезе тепловой экран (5), рефлектор (2), ОФПИ (11), а также корректирующий вращатель (9), система пространственно согласующих вращателей сфероподобной формы и компенсирующий вращатель (17).

На фиг.17а показаны источник излучения (1) и в разрезе тепловой экран (5), рефлектор (2), СПСВ и ОФПИ, развернутый в выходной плоскости рефлектора.

На фиг.17b показаны источник излучения (1) и в разрезе тепловой экран (5), рефлектор (2), корректирующие вращатель плоскости поляризации, СПСВ и ОФПИ.

На фиг.17с показаны элементы фиг.17b и дополнительно включенный ориентирующий вращатель плоскости поляризации (15).

На фиг.17d показаны элементы фиг.17а, поверхности которых содержат оптически прозрачные электроды.

На фиг.17е показаны элементы фиг.17b, СПСВ, совмещенная с ОФПИ, поверхности которого содержат оптически прозрачные электроды.

На фиг.17f показаны источник излучения (1) и в разрезе тепловой экран (5), совмещенный с ОФПИ, СПСВ и ОФПИ, поверхности которого содержат оптически прозрачные электроды.

На фиг.1...фиг.17 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - источник излучения,

2 - рефлектор,

3 - формирователь - поляризатор излучения (ФПИ),

4 - система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения,

5 - тепловой экран и входной и выходной патрубки системы протока оптически прозрачного охлаждающего реагента,

6 - система пространственно разнесенных линз,

7 - система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения,

8 - система формирователей направленности лучей,

9 - корректирующие вращатели плоскости поляризации,

10 - поляризационный фильтр,

11 - ОФПИ,

12 - линии, показывающие расположение директоров вблизи поверхностей ЖК вращателей,

13 - оптически прозрачный охлаждающий реагент,

14 - оптически прозрачные электроды,

15 - ориентирующий вращатель плоскости поляризации,

16 - оптически прозрачный наполнитель,

17 - компенсирующий вращатель плоскости поляризации.

Т.о., заявляемое устройство - универсальный комбинированный поляризатор излучения (УКПИ) (фиг.1), содержит:

по крайней мере один источник излучения (1), рефлектор (2) и ФПИ (3), включающий систему пространственно разнесенных линз (6), которая выполнена полой и имеет выходы, по крайней мере, к одному входному и одному выходному патрубкам системы охлаждения, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) и систему формирователей направленности лучей (8), причем внутри ФПИ (3) расположен, по крайней мере, один источник излучения (1), а в выходной плоскости рефлектора (2) установлена система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8), и введены оптически прозрачные электроды, жидкие кристаллы, использующие внутренний ориентант, двулучепреломляющее вещество с использованием угла полного внутреннего отражения системы разделителей поляризационных составляющих излучения, и дополнительно корректирующие вращатели (9), система разделителей на двулучепреломляющем веществе, поворачивающая плоскость поляризации проходящего через нее излучения, система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на призмах, поляризационный фильтр (10), поляризационный отражатель (11), ФПИ выполнен, по крайней мере, из двух частей, а также система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения выполнена выпуклой, содержит устройство стабилизации температуры оптически прозрачного охлаждающего реагента, кроме того, выполнен на ЖК, содержит деполяризатор излучения, корректирующий вращатель плоскости поляризации, у поверхности рефлектора расположен компенсирующий вращатель плоскости поляризации, содержащий внутренний ориентант, а поверхности содержат оптически прозрачные электроды, последовательно установлены, по крайней мере, два ОФПИ, плоскости поляризации которых взаимно развернуты, а поверхности содержат оптически прозрачные электроды, при этом установлен ориентирующий вращатель плоскости поляризации, введен тепловой экран, рефлектор выполнен прозрачным для теплового излучения, введен отражатель теплового излучения.

Устройство работает следующим образом

Формирователь - поляризатор излучения (ФПИ) (3) универсального комбинированного поляризатора излучения (фиг.1а, b) м.б. выполнен в виде сферического сегмента или пояса и имеет форму сферы или, например, м.б. выполнен в виде сфероида, цилиндра, конуса или иметь другую форму, вытянут вдоль оси рефлектора (2) или в плоскости ортогональной оси рефлектора (2); кроме того, м.б. приплюснут в одной из плоскостей сообразно применяемому источнику излучения (1) и м.б. установлен в фокусе рефлектора (2), который формирует направленный поток излучения. Внутри ФПИ (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 [1].

При этом системы ФПИ (3) согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения (1) - установлены под углом полной поляризации или близким к нему относительно падающего излучения (для системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения), и относительно поверхности рефлектора (2), таким образом, чтобы плоскость поляризации излучения, проходящих через системы ФПИ (3) и падающих на поверхность рефлектора (2), лежала в плоскости падения или в ортогональной ей плоскости.

ФПИ (3) м.б. выполнен, например, в виде сферы или цилиндра с цилиндроподобными системами пространственно разнесенных линз, ориентированных вдоль оси рефлектора (2) или в ортогональной плоскости, относительно которых соответствующим образом расположены поверхности системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) и системы формирователей направленности лучей (8) (фиг.2, фиг.3).

При этом системы пространственно разнесенных линз (6) выполнены полыми, причем полости имеют выходы по крайней мере к одному входному и одному выходному патрубкам (5), через которые осуществляется прокачка оптически прозрачного охлаждающего реагента (13) из внешней системы охлаждения. Таким образом образуется пространственный тепловой фильтр, который позволяет посредством прокачки охлаждающего реагента, поглощающего тепловое излучение источника, вывести тепло из ФПИ и защитить его от перегрева.

В выходной плоскости рефлектора установлена система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (4), (фиг.1, 4, 7) которая м.б. выполнена в виде оптически прозрачной тонкой плоской или криволинейной поверхности (фиг.11b) и расположена по нормали или под углом к падающему на нее излучению источника (1), и м.б. совмещена с защитным стеклом фары транспортного средства.

При работе устройства расходящееся излучение источника излучения (1) падает на системы ФПИ (3) - на систему пространственно разнесенных линз (6), преобразующих излучение в расходящиеся лучи излучения и тени, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (7) и систему формирователей направленности лучей (8) (фиг.2, 3 ), которые ориентированы относительно оси рефлектора (2) (фиг.1) таким образом, чтобы плоскость поляризации лучей излучения, проходящих через системы ФПИ (3) и падающих на поверхность рефлектора (2) лежала в плоскости падения или в ортогональной ей плоскости, при этом при отражении от рефлектора (2) не разрушается поляризационная структура лучей [3]. Прошедшее через системы ФПИ излучение отражается от рефлектора (2), и далее направленный поток линейно поляризованных и пространственно разнесенный лучей падает на входную поверхность установленной в выходной плоскости рефлектора (2) системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (4), например нематического жидкокристаллического (ЖК) вещества с твист-эффектом [4], которая м.б. разбита на сегменты (участки) или на концентрические кольца, для каждого из которых расположение директоров вблизи входной поверхности параллельно или ортогонально плоскости поляризации излучения, падающего на соответствующие сегменты (участки) (фиг.10, 11), а вблизи выходной поверхности ЖК вещества расположение директоров однородно для всей поверхности системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (4) (фиг.10d) и соответствует требуемой ориентации в пространстве выходного линейно поляризованного излучения.

Для снижения требований к точности юстировки системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения относительно падающих на нее лучей поляризованного излучения она содержит оптически прозрачные электроды с выводами для подачи внешнего потенциала и выполнена на жидких кристаллах с использованием внутреннего ориентанта [6], при этом после подачи на электроды соответствующего потенциала ориентация приповерхностного слоя ЖК со стороны падающего поляризованного излучения относительно его плоскости поляризации осуществляется под действием электромагнитного поля этого излучения [7].

При применении цилиндрического ФПИ или подобного ему условия прохождения лучей источника (1) зависят от угла излучения, и при углах, отличных от нормального к поверхности, происходит поворот плоскости поляризации проходящего излучения в системе разделителей поляризационных составляющих излучения (7) относительно оси рефлектора (2). Для нивелирования поворота плоскости поляризации введены корректирующие вращатели плоскости поляризации (9) фиг.3, 5, 6, 8, например, на нематических ЖК (НЖК) с твист-эффектом, в которых директора у входной поверхности согласованы с плоскостью поляризации падающего излучения, а директора у выходной поверхности согласованы с оптической осью рефлектора (12) фиг.9.

Система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на двулучепреломляющем веществе, например НЖК с твист-эффектом, с использованием угла полного внутреннего отражения одной из поляризационной составляющих излучения фиг.3d, e, f, при этом директора у входной и выходной поверхностей разделителей на НЖК ориентированы относительно оси рефлектора таким образом, чтобы оси молекул были параллельны оптической оси рефлектора или лежали в ортогональной плоскости вдоль линии окружности, центром которой является ось рефлектора, а показатель преломления наполнителя (16) и угол установки слоя НЖК относительно падающего излучения выбирается таким образом, что для одной из поляризационных составляющих излучения получается угол полного внутреннего отражения, а другая поляризационная составляющая излучения проходит слой НЖК, не отражаясь, а формируя пространственно разнесенные лучи с ортогональной плоскостью поляризации (фиг.3d, е).

При ориентировании директора у выходной поверхности НЖК ортогонально директору у входной поверхности плоскость поляризации излучения, проходящего слой НЖК, соответственно поворачивается на 90 град. и т.о. формируются пространственно разнесенные лучи с одинаковой плоскостью поляризации (фиг.3f). Взаимный угол установки директоров у входной и выходной поверхностей может отличатся от 90 град., при необходимости коррекции плоскости поляризации излучения.

Система разделителей поляризационных составляющих м.б. выполнена на призмах, использующих двулучепреломляющее вещество, например НЖК с твист-эффектом (фиг.3g), где директора у поверхностей каждой из призм взаимно параллельны, но ортогональны ориентации директоров последующей призмы. При этом неполяризованное излучение источника пространственно делится на призмах на два луча с ортогональной поляризацией, которые м.б. взаимно согласованы введением в выходную плоскость дополнительного вращателя плоскости поляризации.

При недостаточной коррекции (для неточечного источника излучения) или использовании узкополосных вращателей между ФПИ (3) и рефлектором (2) введен поляризационный фильтр (10) фиг.4, плоскость поляризации которого согласована с осью рефлектора, например, на поляроиде (фиг.5, 6) или на "стопе" аналогично отражателю (11) фиг.7, 8 [5]. При использовании корректирующих вращателей (9), которые согласуют по плоскости поляризации лучи с ортогональной поляризацией (фиг.5), плоскость поляризации поляризационного фильтра (10) соответственно параллельна или ортогональна оси рефлектора, что позволит применить систему пространственно согласующих вращателей (4), в которой расположение директоров у входной поверхности однотипно относительно оси рефлектора (фиг.10а, b).

Вместо поляризационного фильтра (10), который вносит дополнительные потери и в некоторой степени затеняет фару, между ФПИ (3) и рефлектором введен поляризационный отражатель (11) одной из поляризационных составляющих излучения, не используемой в выходном излучении, плоскость поляризации которого ориентирована относительно оптической оси рефлектора. Отражатель (11) выполнен на двулучепреломляющем веществе, например, НЖК с твист - эффектом с использованием угла полного внутреннего отражения (фиг.7а, b, фиг.8).

При использовании корректирующих вращателей (9), не согласующих по плоскости поляризации ортогональные составляющие излучения (фиг.6), применяют систему пространственно согласующих вращателей (4), в которой у входной поверхности директора согласованы с соответствующей им падающей поляризационной составляющей (фиг.10с, фиг.11).

Т.о., сформированные лучи линейно поляризованного излучения отражаются от рефлектора, падают на соответствующие сегменты СПСВ (4), ориентация директоров которых у входной поверхности согласована с плоскостью поляризации соответствующих лучей, проходят через слой ЖК, изменяют ориентацию в пространстве соответственно изменению ориентации молекул в слое и при выходе из СПСВ приобретают одинаковую плоскость поляризации и т.о. формируют направленный поток линейно поляризованного излучения.

При применении источника излучения сфероподобной формы ФПИ выполнен по крайней мере из двух частей, например полусфер, каждая из которых содержит входной и выходной патрубки протока оптически прозрачного охлаждающего реагента (фиг.4d), что позволит получить компактный ФПИ и возможность установить источник излучения, раздвигая полусферы. Для рассеяния внешних отражений от поверхности системы пространственно согласующих вращателей (4) она выполнена выпуклой (фиг.11). Для поддержания оптимальных условий работы ФПИ и повышения экономичности введено устройство стабилизации и регулирования температуры охлаждающего реагента.

На фиг.12а, b, фиг.13 показаны варианты развернутого ФПИ, в котором линзы системы пространственно разнесенных линз (6) выполнены полыми и полости имеют выходы к входному и выходному патрубкам ( 5 ) системы охлаждения, при этом на фиг.12b, системы разделителей и СПСВ выполнены на тонкой пленке НЖК, ориентация молекул которой различна для излучения, проходящего через систему разделителей, и излучения, отраженного от системы формирователей направленности лучей, и устанавливается таким образом, что плоскость поляризации выходного излучения однородна.

Такие системы ФПИ м.б. выполнены плоскими, выпуклыми или иметь другую заданную форму и расположены по нормали к излучению источника или под углом к нему.

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

Дополнительно для придания выходному излучению заданного цветового тона м.б. введен цветокорректирующий фильтр, который совмещен с ФПИ или установлен в выходной плоскости рефлектора.

Универсальный комбинированный поляризатор излучения (УКПИ) (фиг.16, 17) содержит отражающий ОФПИ, который представляет собой режектор одной из ортогональных поляризационных составляющих излучения, выполненный на ЖК и использующий угол полного внутреннего отражения для этой составляющей излучения (фиг.14). На фиг.14 в качестве режектора использован отражатель сфероподобной формы, а в качестве отражающего элемента применена пленка двулучепреломляющего вещества на основе ЖК, установленная под углом к падающему излучению с использованием угла полного внутреннего отражения для одной из поляризационных составляющих излучения. Т.о., одна из поляризационных составляющих проходит через отражатель без потерь, а другая отражается к источнику излучения.

Для повышения эффективности УКПИ между источником излучения и ОФПИ, в качестве которого применен отражатель на ЖК с использованием угла полного внутреннего отражения одной из поляризационных составляющих, введен деполяризатор, например, на основе соответствующей фазовой пленки или корректирующий вращатель плоскости поляризации (9) (фиг.14b), которые деполяризуют или поворачивают плоскость поляризации отраженной части излучения, например, на 45 град., которое затем проходит через источник излучения, через противоположную сторону корректирующего вращателя (9), где его плоскость поляризации доворачивается до 90 град., и далее это излучение без потерь проходит через ОФПИ или при использовании деполяризатора это излучение вновь падает на ОФПИ, который разделяет его на ортогональные составляющие, одна из которых проходит через него, а другая вновь отражается внутрь и т.д., или (фиг.17) отраженная составляющая поворачивается в системе пространственно согласующих вращателей (СПСВ) т.о., что ее плоскость поляризации в точке падения на рефлектор составляет 45 град. или близкий к нему, деполяризуется при отражении и далее проходит через источник, отражается от рефлектора и вновь часть проходит через СПСВ, а при применении СПСВ (фиг.10), а также корректирующего вращателя, например, на основе НЖК с твист-эффектом (фиг.14b), установленного вокруг источника излучения, отраженная к источнику поляризационная составляющая излучения проходит через вращатель, в котором молекулы у входной поверхности ориентируются относительно плоскости поляризации этого излучения, а молекулы у выходной поверхности развернуты относительно ее на угол 45 град..

При этом плоскость поляризации излучения, прошедшего через вращатель, поворачивается на 45 град., далее излучение проходит к источнику и затем еще раз через вращатель, где поворачивается его плоскость поляризации еще на 45 град.. Т.о., плоскость поляризации отраженного излучения, дважды пройдя через противоположные относительно источника излучения слои вращателя, поворачивается на 90 град. и проходит через отражатель без потерь (фиг.16) или далее отражается от рефлектора (фиг.17), проходит через СПСВ (фиг.10) и ОФПИ, а при отсутствии системы пространственно согласующих вращателей проходит через ОФПИ после многократных переотражений.

СПСВ может иметь, например, сфероподобную форму и устанавливаться с выходной стороны ОФПИ (фиг.16b), а у поверхности рефлектора расположен компенсирующий вращатель плоскости поляризации, при этом СПСВ устанавливает в пространстве между ОФПИ и поверхностью рефлектора плоскость поляризации проходящего через нее поляризованного излучения т.о., что после отражения этого излучения от рефлектора в выходной плоскости формируется линейно поляризованное излучение, а компенсирующий вращатель плоскости поляризации (КВПП) выполнен, например, на ЖК, при этом направление директоров входного слоя ЖК совпадает с плоскостью поляризации падающего излучения в каждой точке падения, а директора выходного слоя ЖК согласованы с осью рефлектора, т.о., плоскость поляризации падающего на рефлектор излучения параллельна или ортогональна оси рефректора, что позволяет компенсировать изначальный наклон плоскости поляризации падающего излучения относительно плоскости падения, где это имеет место (на поверхности рефлектора) и предупредить возможность возникновения эллиптичности излучения при отражении от рефлектора [10].

Для лучшего согласования падающего поляризованного излучения с входным слоем ЖК КВПП м.б. применен ЖК с использованием внутреннего ориентанта, а поверхности ЖК содержат оптически прозрачные электроды с выводами для подачи внешнего потенциала, при этом при подаче на электроды потенциала осуществляется принудительная ориентация приповерхностного слоя ЖК со стороны падающего поляризованного излучения под действием его электромагнитного поля [6, 7].

Для снижения отражений поверхность компенсирующего вращателя имеет просветляющее покрытие.

При использовании источника излучения, который можно считать точечным применительно к заданной конструкции УКПИ, КВПП (17) м.б. исключен в случае, если ОФПИ выполнен таким образом, что в каждой точке его поверхности отражатели одной из поляризационных составляющих ориентированы различным образом относительно оси рефлектора, но так, что лучи поляризованного излучения, прошедшие через ОФПИ и отраженные от поверхности рефлектора, формируют в выходной плоскости рефлектора линейно поляризованное излучение [10]. Поверхности ОФПИ содержат оптически прозрачные электроды (фиг.17d, е, f), при подаче на которые внешнего управляющего потенциала в нем формируется электрическое поле, под действием которого молекулы ЖК поворачиваются по направлению этого поля (фиг.15а, b, с, d) и т.о. создается однородная по показателю преломления среда-подложка - ЖК, при этом ОФПИ теряет поляризующие свойства и становится прозрачным к внешнему излучению. В таком ОФПИ ЖК заполняется в промежутке между пилообразной и гладкой поверхностями, а директора у поверхностей "пилы" выстраиваются вдоль ее структуры (фиг.15а, b). Директора у гладкой поверхности м.б. установлены аналогично директорам СПСВ (фиг.10), что позволит устранить необходимость дополнительной установки такого вращателя у ОФПИ (фиг.17b), совместив в одном узле функции ОФПИ и СПСВ (фиг.17с). Вершины "пил" могут содержать отражающее или поглощающее покрытие для устранения прохождения через них неполяризованного излучения.

При наклонной ориентации молекул ЖК молекулы изначально выстраиваются между пилообразными поверхностями основы параллельно направлению проходящего излучения и образуют с пилообразными поверхностями однородную массу по показателю преломления для этого излучения (фиг.15с, d), а при подаче на электроды потенциала молекулы переориентируются, образуя между пилообразными поверхностями область с низким показателем преломления для одной из поляризационных составляющих излучения, для которой и реализуются при этом условия полного внутреннего отражения.

При применении в поляризационном антиослепителе [9] перед приемником излучения простого ("секторного") фильтра для исключения случаев полного подавления встречного слепящего излучения в выходной плоскости рефлектора последовательно установлены, по крайней мере, два ОФПИ, плоскости поляризации которых взаимно развернуты, а поверхности содержат оптически прозрачные электроды (фиг.15е, f), при этом на электроды каждого из ОФПИ поочередно подается управляющий потенциал (фиг.15g), при этом периодичность может составлять, например, 0,02 с, что позволит исключить мигание принимаемого изображения. При изменении скважности импульсных последовательностей управляющих потенциалов меняется соотношение времени включения каждого из фильтров, что при интегрировании проходящего излучения глазами позволяет управлять величиной пропускания или подавления фильтра в целом в пределах заданного сектора, определяемого углом взаимного разворота плоскостей поляризации обоих фильтров. Это, например, позволит застабилизировать среднее (во времени) положение плоскости поляризации источников излучения в пространстве, компенсируя крен корпуса транспортного средства, а также применить перед приемником излучения в качестве фильтра аналогичный ОФПИ с управляемой величиной и углом подавления излучения слепящих источников встречных транспортных средств.

При пространственном расположении пилообразных поверхностей ОФПИ, при котором не обеспечивается требуемый наклон плоскости поляризации выходного излучения (например, при вертикальном или горизонтальном), дополнительно с выходной стороны ОФПИ установлен ориентирующий вращатель плоскости поляризации, который доворачивает плоскость поляризации сформированного излучения до требуемого (фиг.17с).

Для защиты от перегрева между источником излучения и ФПИ введен тепловой экран (фиг.17f) или, например, с использованием трубок через которые прокачивается оптически прозрачный охлаждающий реагент (фиг.16, фиг.17а-е ), или между источником излучения и ФПИ введена система поглощения тепла.

Для защиты СПСВ от возможного перегрева рефлектор выполнен прозрачным для теплового излучения, и, кроме того, дополнительно в выходную плоскость рефлектора введен отражатель теплового излучения, например многослойная диэлектрическая пленка, нанесенная на СПСВ. Использование изобретения позволит:

получить удобную и технологичную конструкцию универсального комбинированного поляризатора излучения с защитой от перегрева при сохранении внешнего вида штатных излучателей - фар транспортных средств, использующих на фарах прозрачное защитное стекло.

ЛИТЕРАТУРА.

1. RU Патент 2219432 03.12.2001, F21V 9/14.

2. RU Патент 2176762 07.07.1999, F21V 9/14.

3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Курс физики, т.3, М., 1967, стр.82-89, 165-167.

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.

5. RU Патент 2173472, 07.07.1999, G02В 5/30.

6. Н.В.Каманина, И.Ю.Денисюк и др. Новый эффект внутреннего ориентанта - значительное ускорение скорости поворота молекул ЖК при введении в него фуллеренсодержащих комплексов. Оптический журнал N 3, март 2004 г., т.71, с.72-77.

7. Л.П.Ракчеев, Н.В.Каманина. Перспективы использования фуллеренов для ориентации ЖК композиций. Письма в ЖТФ, 2002 г.,т.28, N 11, с.28-36.

8. US Patent 5422756 Jun.6. 1995, G02B 5/30.

9. RU Патент 2124161, 15.04.97, F21V 9/14.

10. RU Патент 2216688, 16.07.01, F21V 9/14.

11. А.А.Каретников. Оптика и спектроскопия. т.67, вып.2, 1989 г.

12. J.P. Patent JP 6-194505 A, 15.07.1994.

Изобретение относится к источникам поляризованного излучения и может использоваться в антиослепительных системах, поляризационной микроскопии и в других областях, где требуется поляризация поперечных колебаний. Поляризатор включает, по крайней мере, один источник излучения, рефлектор, по крайней мере, один формирователь - поляризатор излучения, который содержит систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей, а также систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения. Системы линз выполнены полыми, полости имеют выходы, по крайней мере, к одному входному и одному выходному патрубкам для прокачки оптически прозрачного охлаждающего реагента. Система вращателей поляризационных составляющих излучения выполнена на жидких кристаллах с использованием внутреннего ориентанта, а ее поверхности содержат оптически прозрачные электроды. Система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на двулучепреломляющем веществе с использованием угла полного внутреннего отражения одной из поляризационных составляющих излучения, при этом директора двулучепреломляющего вещества ориентированы параллельно оптической оси рефлектора. Технический результат - получение компактной и технологичной конструкции. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Универсальный комбинированный поляризатор излучения, включающий, по крайней мере, один источник излучения, рефлектор, по крайней мере, один формирователь-поляризатор излучения, который ориентирован относительно оптической оси рефлектора и содержит последовательно установленные систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей, а также систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, отличающийся тем, что системы пространственно разнесенных линз выполнены полыми, причем полости имеют выходы, по крайней мере, к одному входному и одному выходному патрубкам для прокачки оптически прозрачного охлаждающего реагента, а система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения выполнена на жидких кристаллах с использованием внутреннего ориентанта, а ее поверхности содержат оптически прозрачные электроды, при этом при подаче на них потенциала осуществляется принудительная ориентация приповерхностного слоя жидких кристаллов со стороны падающего поляризованного излучения под действием его электромагнитного поля, и, кроме того, система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на двулучепреломляющем веществе с использованием угла полного внутреннего отражения одной из поляризационных составляющих излучения, при этом директора двулучепреломляющего вещества ориентированы параллельно оптической оси рефлектора.2. Поляризатор по п.1, отличающийся тем, что между формирователем-поляризатором излучения и рефлектором введены корректирующие вращатели поляризационных составляющих излучения, при этом плоскости поляризации всех лучей, сформированных формирователем-поляризатором излучения и прошедших через них, согласованы относительно оптической оси рефлектора.3. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что система разделителей поляризационных составляющих излучения на двулучепреломляющем веществе поворачивает плоскость поляризации проходящего через нее излучения.4. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что система разделителей поляризационных составляющих излучения выполнена на призмах.5. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что между формирователем-поляризатором излучения и рефлектором введен поляризационный фильтр, плоскость поляризации которого ориентирована относительно оптической оси рефлектора.6. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что между формирователем-поляризатором излучения и рефлектором введен поляризационный отражатель одной из поляризационных составляющих излучения, плоскость поляризации которого ориентирована относительно оптической оси рефлектора.7. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что формирователь-поляризатор излучения выполнен, по крайней мере, из двух частей, каждая из которых содержит входной и выходной патрубки для протока оптически прозрачного охлаждающего реагента.8. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения выполнена выпуклой.9. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит устройство стабилизации температуры оптически прозрачного охлаждающего реагента.10. Универсальный комбинированный поляризатор излучения, включающий, по крайней мере, один источник излучения, рефлектор и отражающий формирователь-поляризатор излучения, который ориентирован относительно оптической оси рефлектора, а также систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, отличающийся тем, что отражающий формирователь-поляризатор выполнен на жидких кристаллах и представляет собой режектор одной из поляризационных составляющих излучения, использующий угол полного внутреннего отражения, поверхности которого содержат оптически прозрачные электроды для формирования в нем электрического поля, под действием которого молекулы жидкого кристалла переориентируются, а между источником излучения и отражающим формирователем-поляризатором введен тепловой экран, оптически прозрачный для видимого света.11. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что между источником излучения и отражающим формирователем-поляризатором введен деполяризатор излучения.12. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что между источником излучения и отражающим формирователем-поляризатором введен корректирующий вращатель плоскости поляризации проходящего через него излучения.13. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения установлена с выходной стороны отражающего формирователя-поляризатора, а у поверхности рефлектора расположен компенсирующий вращатель плоскости поляризации, при этом система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения устанавливает в пространстве плоскость поляризации проходящего через нее поляризованного излучения таким образом, что после отражения этого излучения от рефлектора в выходной плоскости рефлектора формируется линейно поляризованное излучение, а компенсирующий вращатель плоскости поляризации предупреждает возникновение эллиптичности этого излучения при отражении от рефлектора, и, кроме того, компенсирующий вращатель плоскости поляризации содержит внутренний ориентант, а его поверхности содержат оптически прозрачные электроды с выводами для подачи на них управляющего потенциала.14. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что в выходной плоскости рефлектора последовательно установлены, по крайней мере, два отражающих формирователя-поляризатора, плоскости поляризации которых взаимно развернуты, а поверхности содержат оптически прозрачные электроды, при этом на электроды каждого из отражающих формирователей-поляризаторов поочередно подается управляющий потенциал.15. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что с выходной стороны отражающего формирователя-поляризатора установлен ориентирующий вращатель плоскости поляризации.16. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что рефлектор выполнен прозрачным для теплового излучения.17. Поляризатор по п.10, отличающийся тем, что в выходную плоскость рефлектора введен отражатель теплового излучения.