комбинированный поляризатор излучения (кпи)

Формула изобретения

1. Комбинированный поляризатор излучения, включающий, по крайней мере, один источник излучения, рефлектор и систему формирователей-поляризаторов излучения, которая содержит последовательно установленные систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей, отличающийся тем, что система формирователей-поляризаторов излучения имеет сосудоподобную форму и установлена в фокусе рефлектора, причем внутри системы формирователей-поляризаторов излучения расположен по крайней мере один источник излучения, а в выходную плоскость рефлектора введена система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, причем система пространственно разнесенных линз, система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и система формирователей направленности лучей согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения и оси рефлектора, а вращатели системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения ориентируют плоскость поляризации проходящего через них излучения таким образом, что излучение источника излучения проходит через систему формирователей-поляризаторов излучения, отражается от рефлектора, проходит через систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения и приобретает линейную поляризацию.

2. Поляризатор по п.1 отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, еще одну систему формирователей-поляризаторов излучения, в которую введена система согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения.

3. Поляризатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, еще одну систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и светопоглотители.

4. Поляризатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержит выходной поляризационный фильтр.

5. Поляризатор по любому из пп.1-4, 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.

6. Поляризатор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что содержит устройство принудительной вентиляции.

7. Поляризатор по любому из пп.1-6, 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.

8. Поляризатор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что входная поверхность системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения содержит покрытие, отражающее инфракрасное излучение.

9. Поляризатор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что содержит держатели-фиксаторы положения системы формирователей-поляризаторов излучения относительно источника излучения и рефлектора.

10. Поляризатор по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что содержит систему охлаждения, которая включает оптически прозрачный охлаждающий реагент, соединительные трубки и тонкий оптически прозрачный сосуд с входным и выходным патрубками протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, поверхность которого совмещена с поверхностью системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения.

11. Поляризатор по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что рефлектор содержит покрытие, отражающее излучение видимой области спектра и пропускающее излучение инфракрасной области спектра.

12. Поляризатор по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что имеет просветляющее покрытие.

Описание изобретения к патенту

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 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 эксплоатации [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, которая включает последовательно установленные систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей.

Недостаток прототипа - изменение внешнего вида штатных излучателей - фар транспортных средств, использующих на фарах нерассеивающие 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.

1. Это достигается тем, что в известном "Комбинированном источнике поляризованного излучения" [2], включающем по крайней мере один источник излучения, рефлектор и систему формирователей-поляризаторов излучения, которая содержит последовательно установленные систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения и систему формирователей направленности лучей, в комбинированном поляризаторе излучения (фиг.1) система формирователей-поляризаторов излучения имеет сосудоподобную форму и установлена в фокусе рефлектора (2), причем внутри сосудоподобной системы формирователей-поляризаторов излучения (3) расположен по крайней мере один источник излучения (1), a в выходную плоскость рефлектора (2) введена система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8), причем система пространственно разнесенных линз (5), система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и система формирователей направленности лучей (7) согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения (1) и оси рефлектора (2) а вращатели системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) ориентируют плоскость поляризации проходящего через них излучения таким образом, что излучение источника излучения (1) проходит через сосудоподобную систему формирователей-поляризаторов излучения, отражается от рефлектора (2) проходит через систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) и приобретает линейную поляризацию.

2. Кроме того, содержит по крайней мере еще одну сосудоподобную систему формирователей-поляризаторов излучения (3) в которую введена система согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (15) (фиг.4).

3. Кроме того, содержит по крайней мере еще одну систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и светопоглотители (9).

4. Кроме того, содержит выходной поляризационный фильтр.

5. 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.

6. Кроме того, содержит устройство принудительной вентиляции.

7. 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 сосудоподобной 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 сосудоподобной 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.

8. Кроме того, содержит покрытие, отражающее инфракрасное излучение.

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

10. Кроме того, содержит систему охлаждения, которая включает оптически прозрачный охлаждающий реагент, соединительные трубки и тонкий оптически прозрачный сосуд с входным и выходным патрубками протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, поверхность которого совмещена с поверхностью системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8).

11. Кроме того, рефлектор (2) содержит покрытие, отражающее излучение видимой спектральной области излучения и пропускающее излучение инфракрасной области спектра.

12. Кроме того, оптические системы имеют просветляющее покрытие.

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

На фиг.1 показан источник излучения (1), в разрезе рефлектор (2), сосудоподобная система формирователей-поляризаторов излучения (3), вариант установки в выходной плоскости рефлектора (2) системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) комбинированного поляризатора излучения.

На фиг.2а и 2b радиальными, концентрическими и наклонными линиями показаны расположения директоров в слое жидкокристаллического вещества (ЖК) системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) соответственно вблизи входной и выходной поверхностей ЖК.

На фиг. 3а показана ССФПИ (3) в разрезе в плоскости ортогональной оси рефлектора (2), в которой системы пространственно разнесенных линз (5) разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и формирователей направленности лучей (7) расположены вдоль оси рефлектора (2) и ход лучей поляризационных составляющих излучения.

На фиг.3b показан фрагмент варианта выполнения системы формирователей-поляризаторов излучения сосудоподобной системы формирователей-поляризаторов излучения (3) и ход лучей поляризационных составляющих излучения для различных углов падающего излучения.

На фиг.3с 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. 4 показан фрагмент варианта выполнения двух последовательно установленных сосудоподобных систем формирователей-поляризаторов излучения, в котором одна система установлена вовнутрь другой.

На фиг. 5 показан фрагмент системы формирователей-поляризаторов излучения, в который введена еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и светопоглотители (9) отраженной составляющей излучения.

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

На фиг.7 показан в аксонометрии вид сосудоподобной системы формирователей-поляризаторов излучения (3) с входным и выходным патрубками (10).

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

На фиг.1....фиг.8 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - источник излучения,

2 - рефлектор,

3 - сосудоподобная система формирователей-поляризаторов излучения,

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 согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения.

Таким образом, заявляемое устройство-комбинированный поляризатор излучения (КПИ) (фиг.1) содержит: по крайней мере один источник излучения (1), рефлектор (2) и сосудоподобную систему формирователей-поляризаторов излучения (ССФПИ) (3), которая включает систему пространственно разнесенных линз (5), систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и систему формирователей направленности лучей (7) и установлена в фокусе рефлектора (2).

Причем внутри ССФПИ (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 дополнительно введены по крайней мере еще одна ССФПИ (3), по крайней мере еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6), светопоглотители (9), выходной поляризационный фильтр, система пространственно разнесенных линз, каждая из линз которой 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, держатели-фиксаторы, тонкий оптически прозрачный сосуд, система согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (15), покрытие, отражающее инфракрасное излучение и просветляющее покрытие.

Устройство работает следующим образом:

Сосудоподобная система формирователей-поляризаторов излучения (ССФПИ) (3) комбинированного поляризатора излучения (фиг.1) м.б. выполнена в виде сферического сегмента или пояса и имеет форму сферы или, например, м.б. выполнена в виде сфероида, цилиндра, конуса или иметь другую форму, вытянута вдоль оси рефлектора (2) или в плоскости ортогональной оси рефлектора (2); кроме того, м. б. приплюснута в одной из плоскостей сообразно применяемого источника излучения (1) и установлена в фокусе рефлектора (2), который формирует направленный поток излучения. Внутри ССФПИ (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 [2].

При этом системы ССФПИ (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 излучениями относительно оси рефлектора (2), ориентированы таким образом, чтобы плоскость поляризации лучей излучения, проходящих через системы ССФПИ (3) и падающих на поверхность рефлектора (2) лежала в плоскости падения или в ортогональной ей плоскости. При расположении внутри ССФПИ (3), например, двух источников излучения (1), его системы ориентируются соответственно относительно обоих источников излучения (1).

ССФПИ (3) м.б. собрана из систем формирователей-поляризаторов излучения с цилиндроподобными системами пространственно разнесенных линз, ориентированных вдоль оси рефлектора (2) (фиг.1) или в ортогональной плоскости или из ячеек-сот систем формирователей-поляризаторов излучения (фиг.3-5) или из комбинаций их, для каждой из которых установлен свой угол формирования плоскости поляризации расположением соответствующим образом поверхностей системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и системы формирователей направленности лучей (7) или направление плоскости поляризации в пространстве устанавливается поворотом на соответствующий угол самой ячейки-соты.

При использовании рефлектора (2) из сегментов, каждый из которых м.б. плоским или имеет поверхность заданной кривизны, лучи от каждой из систем формирователей-поляризаторов излучения направлены на соответствующие сегменты рефлектора (2).

В выходной плоскости рефлектора установлена система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8), которая м.б. выполнена в виде оптически прозрачной тонкой плоской или криволинейной поверхности и расположена по нормали или под углом к падающему на нее излучению источника (1), и м. б. совмещена с защитым стеклом фары транспортного средства.

При работе устройства расходящееся излучение источника излучения (1) падает на системы ССФПИ (3) - на систему пространственно разнесенных линз (5), преобразующих излучение в расходящиеся лучи излучения и тени, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и систему формирователей направленности лучей (7) (фиг.3а,b), которые ориентированы относительно оси рефлектора (2) (фиг.1) таким образом, чтобы плоскость поляризации лучей излучения, проходящих через системы ССФПИ (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 [4].

Прошедшее через системы ССФПИ излучение отражается от рефлектора (2) и далее направленный поток линейно поляризованных и пространственно разнесенных лучей падает на входную поверхность установленной в выходной плоскости рефлектора (2) системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8), например, нематического жидкокристаллического (ЖК) вещества с твист-эффектом [5], 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. 2а)(для варианта ССФПИ (3), в котором системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) и формирователей направленности лучей (7) ориентированы вдоль оси рефлектора (2)), а вблизи выходной поверхности ЖК вещества расположение директоров однородно для всей поверхности системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) (фиг.2b) и соответствует требуемой ориентации в пространстве выходного линейно поляризованного излучения.

При этом лучи линейно поляризованного излучения, отраженные от рефлектора (2) падают на соответствующие сегменты (участки) системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8), ориентация директоров которых у входной поверхности согласована с плоскостью поляризации соответствующих лучей, проходят через слой ЖК вещества, изменяют ориентацию в пространстве соответственно изменению ориентации директоров в слое и при выходе из системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) приобретают одинаковую плоскость поляризации и таким образом формируют направленный поток линейно поляризованного излучения.

Выходная поверхность ЖК вещества системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих (8) м. б. разбита на сегменты (участки). При этом углы установки директоров соседних сегментов (участков) ЖК вещества вблизи поверхности 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 т.о. снизить возможную модуляцию при их взаимном крене [3].

Для повышения эффективности преобразования неполяризованного излучения в поляризованное введена по крайней мере еще одна сосудоподобная система формирователей-поляризаторов излучения, в которую введена система согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (15) (фиг.4), при этом одна ССФПИ установлена вовнутрь другой ССФПИ, а введенная система согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (15) приводит к однотипной поляризационные составляющие на выходе первой ССФПИ (3) и/или дополнительно последовательно, после систем формирователя-поляризатора излучения установлена по крайней мере еще одна система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения (6) (фиг.5), а для подавления отраженной составляющей излучения содержит светопоглотители (9).

Дополнительно при использовании диспергирующих или температурозависимых вращателей плоскости поляризации излучения, после системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) введен выходной поляризационный фильтр, например, на основе поляроидов или поляризаторов на "стопе" [6].

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.3b) [2].

Кроме того, входные и выходные линзы системы пространственно разнесенных линз (5) м.б. взаимно разнесены, что позволит cузить (сжать) выходные лучи излучения и приведет к появлению области тени между ортогональными составляющими излучения, и соответственно между лучами, отраженными рефлектором (2) и падающими на систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8), образуются области тени, что снизит требования к точности установки границ между сегментами (участками) с взаимно ортогональным расположением директоров в слое ЖК (фиг.2а).

Дополнительно для защиты от перегрева ССФПИ (3) и/или системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) введено устройство принудительной вентиляции, например вентилятор, который м.б. установлен непосредственно в фаре транспортного средства, или ССФПИ (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 ССФПИ (3), оптически прозрачный охлаждающий реагент и систему охлаждения его, причем область, ограниченная внутренней поверхностью ССФПИ (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 подаст 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.

Для защиты от возможного перегрева системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) теплом источника излучения (1) ССФПИ (3) и/или входная поверхность вращателей (8) содержит покрытие, отражающее вовнутрь инфракрасное излучение, но прозрачное для видимого света.

Дополнительно для фиксации заданного положения ССФПИ (3) относительно источника излучения (1) и рефлектора (2) устройство содержит держатели-фиксаторы положения ССФПИ (3).

Дополнительно устройство содержит систему охлаждения, которая включает оптически прозрачный охлаждающий реагент, соединительные трубки и тонкий оптически прозрачный сосуд с входным и выходным патрубками протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, поверхность которого совмещена с поверхностью системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8) и выполняющих при этом функции теплоотвода, что позволит предупредить возможный перегрев вращателей излучением источника излучения (1), при этом система охлаждения может быть общей для обеих систем, а тонкий оптически прозрачный сосуд может быть расположен непосредственно вблизи рассеивающего или защитного стекла (4) фары транспортного средства или может совмещать их функции при соответствующем исполнении.

Дополнительно рефлектор (2) выполнен по принципу "холодного зеркала" [7] с использованием, например, светопоглощающей или прозрачной основы с многослойным покрытием, которое обладает высоким коэффициентом отражения в видимой области спектра и высоким коэффициентом пропускания в инфракрасной области спектра, что позволит поглотить или рассеять инфракрасное излучение и предотвратить возможный перегрев системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения (8).

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

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

Источники информации

1. US Патент 4219867, F 21 V 9/14, 26.08.1980.

2. RU Патент 2176762, F 21 V 9/14, 07.07.1999.

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

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

5. Goodman Lawrence A. , Meycrhofer 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.

6. RU Патент 2173472, G 02 В 5/30, 07.07.1999.

7. Успехи физических наук, т.47, N 1, 38-40, 1952 г.