В наших экспериментах использовалось напыление слоя серебра. На рис. 8 приведена зависимость коэффициента световозвращения R асимметричного световозвращающего элемента ИПРИ от угла ? поворота его поверхности в горизонтальной плоскости при трех фиксированных значениях угла наклона поверхности в вертикальном направлении для металлизированных и не металлизированных поверхностей.
Видно, что металлизация поверхности с микрорельефом приводит к существенному расширению углового распределения световозвращения. Так, например, для угла = 45? без металлизации микрорельефа при увеличении угла ? до 30? коэффициент R снижается более чем в 10 раз (кривая 1, пунктир), в то время, как металлизированная поверхность обнаруживает снижение световозвращения всего на 40 % (сплошная линия). Чем больше начальный наклон образующей поверхности в вертикальной плоскости, тем заметнее эффект металлизации при повороте по горизонтали. Это объясняется тем, что при большей величине превышение значения предельного угла наступает быстрее, т.е. при меньших углах ? (кривые 1 и 3 на рис. 2).
Для симметричных световозвращающих элементов исследование эффекта металлизации рельефа дает аналогичные результаты. Максимальный коэффициент активной апертуры ka для таких симметричных световозвращателей составляет около 0,67, и эффективность световозвращения максимальна, когда пучок света падает на рабочие грани микрокубов под оптимальным углом 35?15'52'' между каждой из граней и нормалью к образующей поверхности. Это направление называется осью симметричного световозвращающего элемента.
Рис. 8. Зависимость коэффициента R (кд/лк м2) для асимметричного световозвращающего элемента ИПРИ от угла освещения ? (градусы) в случае металлизации поверхности серебром (сплошные линии) и без металлизации микрорельефа (пунктир): 1 -- угол наклона поверхности в вертикальном направлении 0 = 45; 2 -- угол 0 = 60; 3 -- угол 0 = 30
При освещении симметричного элемента, в направлении, отличающемся от указанной оси, эффективность световозвращения снижается. Одна из типичных подобных зависимостей приведена на рис. 9 (кривая 1). Эффект объясняется тем, что помимо уменьшения коэффициента активной апертуры элемента ka уменьшаются также величины углов освещения микрорельефа, которые в конце концов становятся меньше значения предельного угла.
Так, для рассмотренной выше системы «поликарбонат-воздух» уже при углах освещения симметричного световозвращающего элемента > 4 световой поток вместо полного внутреннего отражения начинает проходить внутрь элемента, а при углах = 10-15? такие потери светового потока 0 становятся весьма значительными.
Рис. 9. Зависимость коэффициента световозвращения R (кд/лк м2) для симметричного световозвращающего элемента ИПРИ от угла ?0 (градусы): 1 без металлизации поверхности с микрорельефом; 2 -- поверхность металлизирована серебром
Металлизация рабочих поверхностей приводит к заметному увеличению коэффициента световозвращения при углах освещения > 30-35 (см. рис. 9, кривая 2). Это связано с тем, что для металлизированной поверхности при любых углах освещения световой поток не проходит внутрь металла, а отражается от границы раздела сред «поликарбонат-серебро». Рассматриваемый эффект наблюдается при наклоне симметричного элемента относительно его оси в любом из направлений, поскольку рельеф в таких элементах за счет усреднения по всем индивидуальным микротетраэдрам структуры симметричен относительно нормали к образующей поверхности. Например, для углов освещения > 40? коэффициент световозвращения R увеличивается почти в 10 раз. Это позволяет рекомендовать применение предварительной металлизации рабочих поверхностей с микрорельефом перед герметизацией световозвращательных элементов с целью получения максимального светоотражения при больших углах освещения.
Авторы выражают благодарность к.т.н. И.А. Косско за предоставленные фотографии микрорельефа световозвращающих элементов, которые были получены с помощью электронного микроскопа «JEOL».
Выводы
Исследованы оптические характеристики микропризменных световозвращающих элементов при изменении углов освещения его пучком света в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Предложена методика диагностики качества поверхностей световозвращателей, основанная на анализе дифракционной картины, возникающей при прохождении луча лазера через периодическую микропризменную структуру.
Установлено, что металлизация поверхности с микрорельефом для всех типов световозвращающих элементов приводит к существенному расширению угловой зависимости характеристики световозвращения. Это позволяет рекомендовать применение предварительной металлизации рабочих поверхностей перед герметизацией элементов при разработке дорожных катафотов и световозвращателей различного назначения с максимальным светоотражением при больших углах освещения.
Литература
1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -- М.: Наука, 1973. -- 720 с.
2. Патент 74034 України, G02B5/124, В32В3/00. Спосіб виготовлення призмоподібних світлоповертальних елементів / В.В.Петров, С.М.Шанойло, О.І.Гранат, Л.В.Бутенко, А.А.Крючин, В.М.Зенін, В.Д.Ковтун, О.К.Войтенко, В.О.Заболотний, П.В.Майстренко, А.В.Ковальчук (Україна); ІПРІ НАН України. -- № 2003076449; заявл. 10.07.2003; опубл. 17.10.2005. -- 2 с.
3.. Петров В.В., Шанойло С.М., Крючин А.А., Антонов Е.Е., Кравец В.Г. Моделирование свойств асимметричных световозвращающих элементов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. -- 2007. -- Т. 9, № 2. -- С. 17-25.
4. Ландсберг Г.С. Оптика. -- М.: Наука, 1976. -- 928 с.