Источник поляризованного излучения (ипи)

 

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к источникам поляризованного излучения, и может быть использовано в антиослепительных для обеспечения безопасности движения транспортных средств, а также в поляризационной микроскопии и в других областях, где требуется поляризация поперечных колебаний, например, в радиолокации. Технический результат - получение компактной и технологичной конструкции источника поляризованного излучения на основе излучателя-фары транспортного средства, который содержит источник излучения, рефлектор и введенный в выходную плоскость рефлектора тонкий пакет последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, а также систему пространственно разнесенных линз сосудоподобной формы, установленную в фокусе рефлектора, причем внутри системы пространственно разнесенных линз расположен, по крайней мере, один источник излучения и, кроме того, система пространственно разнесенных линз, система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, система формирователей направленности лучей и система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения согласованы между собой и ориентированы в пространстве относительно источника излучения и рефлектора таким образом, что излучение источника излучения проходит через систему пространственно разнесенных линз, отражается от рефлектора, проходит через системы тонкого пакета и приобретает линейную поляризацию. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к источникам поляризованного излучения и может использоваться в антиослепительных системах, базирующихся в своей работе на поляризованном излучении для обеспечения безопасности движения транспортных средств; изобретение может быть использовано также в поляризационной микроскопии и в других областях, где требуется поляризация поперечных колебаний, например в радиолокации. Известны устройства для транспорта, использующие для получения поляризованного излучения источник неполяризованного излучения - лампу накаливания и поляризатор излучения [1, 2].

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

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является "Комбинированный источник поляризованного излучения" [2], содержащий источник излучения, рефлектор, систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, систему формирователей направленности лучей и систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения. Недостатки прототипа: - рассеивание внешнего освещения системой пространственно разнесенных линз существенно изменяет внешний вид и дизайн штатного источника излучения-фары транспортного средства. Заявляемое техническое решение в приложении к антиослепительным системам направлено на получение компактной и технологичной конструкции источника поляризованного излучения на основе излучателя-фары транспортного средства.

Это достигается тем, что в известном "Комбинированном источнике поляризованного излучения" [2], включающем по крайней мере один источник излучения, рефлектор, систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, систему формирователей направленности лучей и систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, в источнике поляризованного излучения (фиг.1) система пространственно разнесенных линз имеет сосудоподобную форму и установлена в фокусе системы пространственно разнесенных линз 3 расположен по крайней мере один источник излучения 1, а в выходной плоскости рефлектора 2 в виде тонкого пакета последовательно установлены системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, при этом линзы системы пространственно разнесенных линз 3 ориентированы в пространстве относительно источника излучения 1 и оси рефлектора 2, а системы тонкого пакета 5 последовательно установленных разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 ориентированы в пространстве относительно падающего на них излучения таким образом, что излучение источника излучения 1, сформированное в систему лучей при прохождении системы пространственно разнесенных линз 3 и отраженное от рефлектора 2 проходит через тонкий пакет 5 последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 и приобретает линейную поляризацию.

Кроме того, содержит выходной поляризационный фильтр.

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

Кроме того, содержит устройство принудительной вентиляции.

Кроме того, содержит входной и выходной патрубки 10 (фиг.5, 6) протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, оптически прозрачную трубку 11, которая введена между источником излучения 1 и внутренней поверхностью системы пространственно разнесенных линз 3, оптически прозрачный охлаждающий реагент, систему охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента (фиг. 7) и соединительные трубки 14, причем область, ограниченная внутренней поверхностью системы пространственно разнесенных линз 3 и оптически прозрачной трубкой 11 содержит оптически прозрачный охлаждающий реагент и соединена посредством входного и выходного патрубков 10 и соединительных трубок 14 с системой охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента.

Кроме того, содержит 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 тонкого пакета 5 последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8.

Кроме того, входная поверхность систем тонкого пакета содержит покрытие, отражающее инфракрасное излучение.

Кроме того, содержит держатели-фиксаторы положения системы пространственно разнесенных линз 3 относительно источника излучения 1 и рефлектора 2.

Кроме того, рефлектор 2 содержит покрытие, отражающее излучение в видимой области спектра и пропускающее излучение в инфракрасной области спектра.

Кроме того, содержит цветокорректирующий светофильтр.

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

На фиг.1 показан источник излучения 1 и в разрезе рефлектор 2 и система пространственно разнесенных линз 3 сосудоподобной формы, и вариант установки в выходной плоскости рефлектора 2 тонкого пакета 5 последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 источника поляризованного излучения.

На фиг.2 показаны в разрезе система пространственно разнесенных линз 3, представленная на фиг.1, и источник излучения 1.

На фиг.3 показан в разрезе фрагмент варианта выполнения тонкого пакета 5 последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей ортогональных поляризационных составляющих излучения 8 и ход лучей поляризационных составляющих излучения.

На фиг. 4 показан вариант выполнения системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6 при применении системы пространственно разнесенных линз 3, представленной на фиг.1.

На фиг. 5 показан в разрезе вариант построения системы пространственно разнесенных линз 3 с входным и выходным патрубками 10 для протока оптически прозрачного охлаждающего реагента.

На фиг.6 показан в аксонометрии вид системы пространственно разнесенных линз 3 с входным и выходным патрубками 10.

На фиг.7 показан вариант построения системы охлаждения и подключения ее к системе пространственно разнесенных линз 3.

На фиг.1-7 и в тексте приняты следующие обозначения: 1 - источник излучения; 2 - рефлектор; 3 - система пространственно разнесенных линз сосудоподобной формы; 4 - рассеиватель или защитное стекло; 5 - тонкий пакет последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения; 6 - система разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения; 7 - система формирователей направленности лучей; 8 - система пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения;
9 - просветляющее покрытие;
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 - наполнитель.

Таким образом, заявляемое устройство - источник поляризованного излучения (ИПИ) (фиг.1) содержит по крайней мере один источник излучения 1, рефлектор 2, систему пространственно разнесенных линз (СПРЛ) 3 сосудоподобной формы, тонкий пакет 5 последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, и дополнительно введены просветляющее покрытие 9, выходной поляризационный фильтр, каждая из линз системы пространственно разнесенных линз составлена по крайней мере из двух сомкнутых частей линз, главные оси которых взаимно смещены, устройство принудительной вентиляции, входной и выходной патрубки 10, оптически прозрачная трубка 11, оптически прозрачный охлаждающий реагент, система охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента, держатели-фиксаторы, тонкий оптически прозрачный сосуд, покрытие, отражающее инфракрасное излучение и покрытие, отражающее излучение видимой области спектра, пропускающее излучение инфракрасной области спектра и цветокорректирующий светофильтр.

Устройство работает следующим образом.

Система пространственно разнесенных линз (СПРЛ) 3 сосудоподобной формы источника поляризованного 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 с применяемым источником излучения 1 и установлена в фокусе рефлектора 2, который формирует направленный поток излучения. Внутри СПРЛ 3, например, в геометрическом центре расположен по крайней мере один источник излучения 1, который представляет собой источник неполяризованного излучения, например лампу накаливания, или источник частично поляризованного или поляризованного излучения с поляризацией, отличной от требуемой. При этом линзы СПРЛ 3 ориентированы в пространстве относительно источника излучения 1 и оси рефлектора 2. При расположении внутри СПРЛ 3, например, двух источников излучения 1, ее линзы ориентируются соответственно относительно обоих источников излучения 1.

СПРЛ 3 м. б. собрана из цилиндроподобных систем пространственно разнесенных линз, ориентированных вдоль оси рефлектора 2 (фиг.1) или в ортогональной плоскости или из ячеек-сот систем пространственно разнесенных линз или из комбинаций их. При использовании рефлектора 2 из сегментов, каждый из которых м.б. плоским или имеет поверхность заданной кривизны, лучи от каждой из линз систем пространственно разнесенных линз направлены на соответствующие сегменты рефлектора 2. В выходной плоскости рефлектора 2 установлен тонкий пакет 5 (фиг.3) последовательно расположенных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения 6, формирователей направленности лучей 7 и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, который м.б. выполнен в виде оптически прозрачной тонкой пластины или может иметь выпуклую или другую форму и м.б. расположен по нормали к падающему на него излучению источника 1 или под углом к нему, а также м.б. совмещен с защитным стеклом фары транспортного средства.

При работе устройства расходящееся излучение источника излучения 1 падает на линзы СПРЛ 3 (фиг.2), преобразующих излучение в расходящиеся лучи излучения и тени. Прошедшее через линзы СПРЛ излучение отражается от рефлектора 2 и далее направленный поток пространственно разнесенных лучей падает на входную поверхность установленного в выходной плоскости рефлектора 2 тонкого пакета 5 (фиг. 3), проходит через последовательно установленные разделители поляризационных составляющих излучения 6, которые для системы пространственно разнесенных линз, представленной на фиг.1, м.б. выполнены, например, в виде радиально расположенных поверхностей (фиг.4), установленных под углом полной поляризации к падающему излучению [4], системы формирователей направленности лучей 7 и системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8, например, нематического жидкокристаллического (ЖК) вещества с твист-эффектом [5], которая разбита на сегменты (участки), для каждого из которых расположение директоров вблизи входной поверхности параллельно или ортогонально плоскости поляризации излучения, падающего на соответствующие сегменты (участки), а вблизи выходной поверхности ЖК вещества расположение директоров однородно для всей поверхности системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8 и соответствует требуемой ориентации плоскости поляризации в пространстве выходного излучения и приобретает линейную поляризацию.

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 выходной 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]. Дополнительно при использовании диспергирующих или температурозависимых вращателей, для стабилизации 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 [2].

Кроме того, входные и выходные линзы системы пространственно разнесенных линз 5 м.б. взаимно разнесены, что позволит сузить (сжать) выходные лучи излучения и приведет к появлению области тени между ортогональными составляющими излучения, и соответственно между лучами, отраженными рефлектором 2 и падающими на тонкий пакет 5, образуются области тени, что снизит требования к точности установки систем пакета 5.

Дополнительно для защиты от перегрева систем тонкого пакета 5 введено устройство принудительной вентиляции, например вентилятор, который м.б. установлен непосредственно в фаре транспортного средства, или СПРЛ 3 содержит входной и выходной патрубки 10 протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, оптически прозрачную трубку 11 (фиг.5, 6), которая введена между источником излучения 1 и внутренней поверхностью СПРЛ 3, оптически прозрачный охлаждающий реагент и систему охлаждения его, причем область ограниченная внутренней поверхностью СПРЛ 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.7) и устройство контроля протока оптически прозрачного охлаждающего реагента, например датчик давления, который при отсутствии давления в системе подает соответствующий звуковой и/или оптический сигнал. Входной и выходной патрубки 10 могут иметь прямоугольную форму, при этом часть отраженного от рефлектора 2 излучения при падении на патрубки 10 проходит через них, не меняя направления.

Для защиты от возможного перегрева систем тонкого пакета 5 его входная поверхность содержит покрытие, отражающее инфракрасное излучение, но прозрачное для видимого света.

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

Дополнительно 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 тонкого пакета 5 и выполняющих при этом функции теплоотвода, что позволит предупредить возможный перегрев систем тонкого пакета 5, 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 перегрев системы пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения 8.

Дополнительно оптические системы имеют просветляющее покрытие 9 для подавления отражений от поверхностей и оптического согласования систем устройства, а для предупреждения смещения лучей оптические системы тонкого пакета 5 зафиксированы и оптически согласованы между собой наполнителем 15.

Дополнительно при необходимости в коррекции цветовой окраски выходного излучения ИПИ содержит цветокорректирующий светофильтр, например интерференционный [8] , который м.б. установлен в выходной плоскости рефлектора 2 или на поверхности рефлектора 2 или совмещен с СПРЛ 3, например, в СПРЛ м.б. введен соответствующий краситель. Использование изобретения позволит получить удобную и технологичную конструкцию с минимальным вносимым рассеиванием внешнего излучения.

Источники информации
1. US Патент 4219867, F 21 V 9/14, Aug. 26, 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.

5. Goodman Lawrence A., Meyerhofer Dietrich, Digiovanni Samuel. The effect of surface orientation on the operation of multiplexed twistednematic 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, 1952, т.47, N 1, с.38.

8. Успехи физических наук, 1952, т.47, N 2, с.225.

Формула изобретения

1. Источник поляризованного излучения, включающий по крайней мере один источник излучения, рефлектор, систему пространственно разнесенных линз, систему разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, систему формирователей направленности лучей и систему пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, отличающийся тем, что система пространственно разнесенных линз имеет сосудоподобную форму и установлена в фокусе рефлектора, причем внутри системы пространственно разнесенных линз расположен по крайней мере один источник излучения, а в выходной плоскости рефлектора в виде тонкого пакета последовательно установлены системы разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения, при этом линзы системы пространственно разнесенных линз ориентированы в пространстве относительно источника излучения и оси рефлектора, а системы тонкого пакета последовательно установленных разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения ориентированы в пространстве относительно падающего на них излучения таким образом, что излучение источника излучения, сформированное в систему лучей при прохождении системы пространственно разнесенных линз и отраженное от рефлектора, проходит через тонкий пакет последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения и приобретает линейную поляризацию.

2. Источник по п.1, отличающийся тем, что содержит выходной поляризационный фильтр.

3. Источник по п.1 или 2, 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.

4. Источник по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержит устройство принудительной вентиляции.

5. Источник по любому из пп.1-4, 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 пространственно разнесенных линз, оптически прозрачный охлаждающий реагент, систему охлаждения оптически прозрачного охлаждающего реагента и соединительные трубки, причем область, ограниченная внутренней поверхностью системы пространственно разнесенных линз 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.

6. Источник по любому из пп.1-4, 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 тонкого пакета последовательно установленных систем разделителей ортогональных поляризационных составляющих излучения, формирователей направленности лучей и пространственно согласующих вращателей поляризационных составляющих излучения.

7. Источник по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что входная поверхность систем тонкого пакета содержит покрытие, отражающее инфракрасное излучение.

8. Источник по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что содержит держатели-фиксаторы положения системы пространственно разнесенных линз относительно источника излучения и рефлектора.

9. Источник по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что рефлектор содержит покрытие, отражающее излучение в видимой области спектра и пропускающее излучение в инфракрасной области спектра.

10. Источник по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что содержит цветокорректирующий фильтр.

РИСУНКИ

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