Призменный уголковый отражатель

(57) Использование: в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, дальнометрах, при контроле за движением и вибрацией. Сущность изобретения: в призменном уголковом отражателе, выполненном из прозрачного монолитного блока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями,фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении В 1 Я 2 ЯЗ = а:а:1, где величина а связана с показателем преломления и математическими зависимостями, 2 ил. ный уголковый отражатель, действующий в режиме полного внутреннего отражения. Однако этот отражатель имеет малую осевую силу отраженного света.Цель изобретения - получение максимальной осевой силы отраженного света при сохранении габаритно-весовых характеристик уголкового отражателя.Цель достигается тем, что в призменном уголковом отражателе, выполненном из прозрачного моноли 1 ного блока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении з- а:а:1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко(56) Денисюк Г, В. Корнеев В. И, Дифракция Фраунгофера от уголкового отражателя с металлизированными отражающими гранями, - Оптико-механическая промышленность, 1982, М 12, с. 1-2.,Ханох Б.Ю, Оптические отражатели тетраэдическкого типа в активных системах. Минск, БГУ, 1982. Изобретение относится к локационной технике и оптическому приборостроению и может бытьиспользовано в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, буях, интерферометрах, маркерах, дальномерах, при контроле за движением и вибрацией, в авиации, космонавтике, метеорологии.Известен прямоугольный трехгранный отражатель возвратного действия, выполненный в виде стеклянной призмы с метал- лизированными отражающими гранями, Однако при работе в сложных условиях или при воздействии мощного излучения металлическое покрытие может выйти иэ строя, Кроме того, при трехкратном отражении от металла теряется до 400 энергии падающей волны.Наиболее близким к предлагаемо о технической сущности и достигаемом зультату является прямоугольный тре ННЫЙ УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖА 1778498где величина а определяется через показатель преломления материала и следующимобразом; а = 0,836 п - 4,843 п + 9,847 п - 5,547 при 51,4 5 и1,9 иа=-0,303 п +2,019 п -3,242 п+2,366 при1,9 п 2,5,10Заявляемое устройство соответствует критерию "новизна", так как характеризуется наличием нового признака, а именно специальным подбором в зависимости от показателя преломления длин боковых ре бер отражателя,Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что оно соответствует критерию "существенные отличия", так как 20 введение нового признака приводит к проявлению устройством нового свойства - формированию отраженного излучения с максимально возможной осевой силой.На фиг. 1 приведен общий вид предла гаемого устройства. Оно выполнено в форме трехгранной пирамиды 1 с тремя боковыми отражающими гранями 2-4 и входной фронтальной гранью 5. Двугранные углы между гранями 2 и 3, 2 и 4, 3 и 4 30 равны л /2. На гранях 2-4 свет испытывает полное внутреннее отражение, Длина бокового ребра 6 между гранями 2 и 4 равна В 1 ребра 7 между гранями 3 и 4 - В 2, ребра 8 между гранями 2 и 3 - Яз, Длины боковых 35 ребер 6, 7 и 8 связаны соотношением (1).Совокупность точек входа и выхода света из отражателя 1 образует его рабочую апертуру 9 (граница рабочей апературы выделена толстой линией), которая представляет со бой вытянутый симметричный шестиугольник, расположенный на фронтальной грани 5. Она получается как общая часть пересечения фронтальной грани 5 и ее зеркально- симметричного изображения относительно 45 точки входа центрального луча (основание перпендикуляра, опущенного из вершины трехгранного угла на фронтальную грань 5). Рабочая апертура 9 состоит из совокупности шести секторов 10-15, границы между 50 которыми совпадают с проекциями на фронтальную грань 5, в направлении, перпендикулярном к ней, боковых ребер 6-8 отражателя и их зеркальных изображений в боковых гранях 2-4. В скобках показаны по следовательности прохождения светом боковых граней 2, 3 и 4 при выходе из сответствующего сектора рабочей апертуры. На фиг. 2 приведена кривая 16, характеризующая конструкцию заявляемого отражателя, т,е. зависимость соотношения длин боковых ребер 81/йз от показателя преломления п материала отражателя, в соответствии с формулой (1).Устройство работает следующим образом, Падающий коллимированный пучок света входит в отражатель 1 через его рабочую апертуру 9 и после трех полных внутренних отражений от граней 2-4 выходит из отражателя в направлении, противоположном направлению падения. При полностью осевещенной рабочей апертуре 9 падающий пучок разделяется в отражателе на шесть парциальных пучков, которые распространяются в нем различными путями. В соответствии с этим выходной пучок представляет собой суперпозицию шести пространственно разнесенных пучков. При полных внутренних отражениях от боковых граней 2, 3 и 4 происходят изменения амплитудно-фазовых характеристик волны. Эти изменения зависят от показателя преломления материала отражателя, состояния поляризации падающего света, набора углов падения волн на отражающие грани (геометрии отражателя), а тажке последовательности переотражения волн от граней. Поэтому сектора 10-15 рабочей апертуры отражателя выступают как отдельные оптические элементы, формирующие волны с различными состояниями поляризации. Распределение энергии отраженного излучения относительно оси визирования в зоне дифракции фраунгофера, определяющее эффективность действия призменного уголкового отражателя в оптических приборах и локационных системах, обусловлено интерференцией шести парциальных пучков, Осевая сила света, т.е, интесивность в центре дифракционной картины, равна по величине квадрату модуля среднего по площади апертуры значения вектора Джонса выходного излучения6 с 1 =), - Е + - Ер 1 (2)- 1 Яо- Догде Яо - площадь всей рабочей апертуры 9;3 - площадь 1-го сектора рабочей апертуры (10-15): Ем и Ер -ортогональные компоненты вектора Джонса волны, выходящей ыз 1-го сектора. Параметры заявляемого устройства (соотношение длин боковых ребер) оптимизированы таким образом, что оно формирует отраженное излучение с максимально возможной для данного показателя преломления осевой силой, независимо отсостояния поляризации падающей волны,сохраняя при этом габаритно-весовые характеристики прототипа, Под сохранениемгабаритно-весовых характеристик понимается выполнение одного из шести условий(фиг. 1): 1) сохранение массы (обьема) отражателя ЧОАВС 2) сохранение площади отражающих граней нотр = ОАВ+ НОАС+ ГРОВС: 3) сохранение площади фронтальной грани ЯАВС; 4) сохранение площади рабочей апертуРы ЯОЕЕаН.1., 5) сохранение полезной массы (объема)отражателя чпол = ЧОАВС = чсОЕ 1- ЧАНК 3 - ЧВ 61.Р, 6) сохранение полезной площади отражающих граней Зпол = нотр ЯАнк ЗАк, ЗВи. БВе-Ясо - Всеь В качестве примера исполнения рассмотрим призменный уголковый отражатель, изготовленный из стекла с показателем преломления и = 1,75. Конструктивно, в зависимости от сохраняемой габаритно-весовой характеристики, он выполняется следующим образом: 1) Я 1 = Я 2 = 1,101 1, Вз = 0,8251; 2) Я 1 = Я 2 + 1,0961, Вз = 0,821; 3) В 1 = Я 2 = 1,0901. Яз = 0,8171: 4) В 1 = В 2 =. 1,1981, Вз = 0,8971; (01 =О К = 0,4301, О = 0,800.) 5)В 1= В 2 = 1,1591, Вз = 0.8681; (04 =О К = 0,4161, 01 = 0,774.) 6) В 1 = Я 2 = 1-1821, Вз = 0,8851; (О =0 К = 0,4251 . 01 = 0,789). Во всех случаях отношение Я 1/Вз = 1,335удовлетворяет (1), а осевая сила света согласно (2) равна 1 = 0,412, что является максимально возможной величиной приданном показателе преломления и на 4 обольше, чем у прототипа (В 1 = Я 2 = Яз = 1., прот = 0,397). На фиг. 2 приведены значения 1 в зависимости от и для заявляемого устройства (кривая 17). Кривая 18 соответствует 5 аналогичной зависимости для прототипа,Из фиг:2 непосредственно видно, что достигаемое увеличение осевой силы тем выше, чем больше показатель преломления. Например, для и = 1,51= 0,2934,прот = 0,2915, 10 рост на 1%, а для и = 2,0 1 = 0.4826, прот == 0,4541, рост на б о .Таким образом. предлагаемый призменный уголковый отражатель уменьшает расходимость отраженного излучения. Это 15 приводит к увеличению дальности действиялокационных систем и повышает четкость изображения, формируемого оптическит 1 и приборами, в которых отражатель используется в качестве световозвращающего эле мента.Формула изобретенияПризменный уголковый отражатель, вы полненный из прозрачного монолитногоблока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями, о т л и ч а ю щ и й с я тем.что, с целью получения максимальной осе вой силы отраженного света при сохранении габаритно-массовых хатактеристик, ребра прямого трехгранного угла относятся, как а:а:1, где величина а связана с показателем преломления материала и следующим 35 образом:а= 0,836 и - 4,843 п + 9,847 п - 5,547 при1,4и1,9 и40 а=-0,303 и +2,019 и -3,242 и+2,366 при 1,9и2,5.1778498 Составитель А.ТитовРедактор Техред.М,Моргентал Коррект лий Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5