Практическое использование свойств поляризации света для решения проблем ослепления водителей фарами встречных автомобилей

В темное время суток происходит в среднем 50% общего числа дорожно-транспортных происшествий, хотя интенсивность движения в 10 раз ниже, чем днем. Ночная езда всегда опаснее из-за того, что мы не можем видеть далеко и предвидеть изменения ситуаций. Наиболее часты и опасны дорожно-транспортные происшествия вследствие потери видимости из-за ослепления водителя светом фар встречного автомобиля.

Явление ослепления связано с особенностями человеческого зрения. Глаз человека представляет собой весьма чувствительный орган, он может хорошо видеть, когда человек находится на залитой солнечным светом снежной равнине (освещенность 100 000 лк) и летней ночью в степи, освещаемой только звездами (освещенность 0,0001 лк), т.е. яркости, воспринимаемые глазом, различаются в миллиард раз. Но у глаз есть большой недостаток, он очень медленно приспосабливается к изменению яркости. Адаптация зрачка, т. е. сужение и расширение его, которые происходят непроизвольно, протекает за продолжительное время, порядка десятков секунд. При внезапном переходе со света в темноту или наоборот водитель практически ничего не видит. Эта слепота может продолжаться около 30 с. Вот почему ослепление так опасно.

Из всего этого можно, сделать вывод, что для уменьшения количества дорожно-транспортных происшествий следует уделять особое внимание улучшению восприятия дорожных условий в темное время суток, а также уменьшению ослепления светом фар встречных автомобилей, так как в этом случае резко нарушается восприятие дорожной ситуации за световым ослепляющим экраном.

Чтобы решить данную задачу, был предложен способ защиты от ослепления светом фар встречных автомобилей, который заключается в преобразовании естественного света в плоскополяризованный. Используется явление поглощения плоскополяризованного света при скрещенных направлениях поляризации. На фарах автомобилей устанавливаются поляризующие пленки, у которых направление поляризации составляет угол 45° к горизонту слева на право, и водители автомашин при этом используют очки с поляризующими стеклами, у которых направление поляризации составляет также угол 45° слева на право.

Таким образом, водитель будет хорошо видеть фары своего автомобиля и все предметы, освещенные встречными фарами, так как пленка с плоскостью поляризации на фарах и очках будет сонаправлена, а видимость встречных фар может быть отрегулирована легким поворотом головы до еле заметного свечения. 

При использовании фар с поляроидами дорога будет значительно менее освещенной, примерно на 55-60%, так как поляризационная пленка пропускает свет на 40-45%. Но это компенсируется тем, что можно использовать в 2-3 раза более мощные фары и нет необходимости переключаться на ближний свет фар. Поляроид, находящийся перед глазами шофера и пропускающий прямолинейно поляризованные лучи, будет полезен шоферу днем, уничтожая блики от дороги и улучшая видимость белых маршрутных полос.

В ходе экспериментальных опытов поляризационная пленка была поворнута на разные углы. Было выяснено, что самая комфортная видимость в том случае, когда плоскости поляризации взаимоперпендикулярны.

На фотографиях смоделированы фара и защитный козырек автомобиля.

а)                                    б)

Рисунок 1. Представлены две разные пленки: серая (а) и зеленая (б)

Фотографии на рис. 1 были сделаны через очки для водителей, сделанных самостоятельно. Технически данную идею осуществить довольно просто. Самоклеящаяся пленка клеится на стекло фары, а очки подошли для просмотра 3D фильмов с небольшой переделкой.

Рисунок 2. Модель фары с использованием поляризационной пленки и без поляризационной пленки

На рис. 2 видно, что поляризационная пленка убирает блики отраженного частично поляризованного света.

Рисунок 3. Закрыто 2/3 источника света

При варианте, указанном на рис.3, хорошо видно встречный автомобиль и достаточно освещается дорога, и при этом фары не слепят встречных водителей.

Заметной разницы между защитным козырьком автомобиля и очками для водителей не было установлено, кроме того, что при использовании козырька невозможно поменять степень поляризации, а в очках это можно сделать легким наклоном головы.

Помимо этого, можно сделать очки, в которых лишь верхняя половина стекла снабжена поляроидами для более комфортного обзора, приподнимая голову можно видеть предметы, освещенные естественным светом.

Другое возможно применение поляризационной пластинки, попутно в решаемой задаче, - это определение скорости движения встречных автомобилей. Водителю нужно знать: как далеко встречный автомобиль и как быстро он едет? Надо ли понизить скорость при разъезде? Для этой цели можно сделать поляризационную пластинку на фаре поворачиваемой в зависимости от скорости автомобиля. Например, при большой скорости пластинка будет поворачиваться в сторону с большей степенью поляризации и таким образом облегчится контроль скорости движения автомобиля, то есть увеличение яркости будет означать увеличение скорости встречного автомобиля, предупреждая об опасности.

Несмотря на невысокую стоимость поляроидов (самоклеящаяся пленка стоит $3.10 размеры 100x100 мм), пока еще нигде нет законов о применении их в автомобилях. Для внедрения этой идеи, нужно законодательно обязать водителей наклеивать на фары старых автомобилей поляризационные пленки, а новые автомобили выпускать с уже наклеенной на фары пленкой. По данным статистики ДТП за 2017 год из 203 597 случаев около половины приходится на ночное время, причем одной из причин является ослепление водителей светом фар встречных автомобилей. Используя представленный метод можно сохранить значительное количество жизней, что является очень важным для всего мира.