Призменный уголковый отражатель

(5)5 С 02 В 5/122 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 07.11,92. Бюл, М 4171) Научно-исследовательский институт прикладныхх физических проблем им.А.Н. Севченко(56) Ханох Б,Ю. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах, - Минск, БГУ, 1982,Авторское свидетельство СССР М 1659947, кл, 6 02 В 5/122, 1989.(54) ПРИЗМЕННЫЙ УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЪ Изобретение относится к локационной технике и оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, буях, интерферометрах, маркерах, дальномерах, при контроле эа движением и вибрацией, в авиации, космонавтике, метеорологии.Известен прямоугольный трехгранный уголковый отражатель, действующий в режиме полного внутреннего отражения. Однако этот отражатель имеет небольшую осевую силу отраженного света,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является уголковый отражатель, выполненный в виде трехгранной пирамиды п 9.,Ыпи 1 774304 А 1(57) Использование: в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, дальномерах, при контроле за движением и вибрацией. Сущность изобретения; в призменном уголковом отражателе, выполненном в виде трехгранной пирамиды, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны л/2, третий двугранный угол равен 2(5+1, где Я = 1, 2, 3, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении Й 1 Я 2 ЯЗ = а;а:1, где величина а, относящаяся к ребрам прямых двугранных углов, связана с показателем преломления материала и математическими зависимостями. 5 ил. с боковыми ребрами равной длины, два двугранных угла которого равны прямому, а третий двугранный угол выполнен равным к/22(з+1), где з - целое положительное число. Однако этот отражатель также имеет недостаточную осевую силу отраженного света.Цель изобретения - повышение осевой силы отраженного света при сохранении габаритно-весовых характеристик угол кового отражателя,Укаэанная цель достигается тем, что в призменном уголковом отражателе. выполненном в виде трехгранной пирамиды, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны й/2, третий двугранный угол равенн 2(з+1), где з = 1, 2, 17743043, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношенииЯ 1: Я 2: Яз = а: а; 1 (1) 5где величина а, относящаяся к ребрам прямых двугранных углов, определяется черезпоказатель преломления материала и следующим образом 10для з = 1+44,784 и -49,449 и+ 23,149при 1,401 и2,5;Заявляемое устройство соответствуеткритерию "новизна" так как характеризуется наличием нового признака, а именно специальным подбором в зависимости отпоказателя преломления длин боковых ребер отражателя,Сравнение заявляемого технического 35решения с другими техническими решениями показывает, что оно соответствует критерию "существенные отличия", так каквведение нового признака приводит к проявлению устройством нового свойства - 40формированию отраженного излучения сбольшей осевой силой,Изобретение поясняется фиг,1-5. Нафиг,1 приведен общий вид предлагаемогоустройства. Оно выполнено в форме трехгранной пирамиды 1 с тремя боковымиотражающими гранями 2, 3 и 4 и входнойфронтальной гранью 5. Двугранные углы. между гранями 2 и 4, 3 и 4 равны к/2, амежду гранями 2 и 3 - л/(2(э+1), На гранях 502, 3 и 4 свет испытывает полное внутреннееотражение, Длина бокового ребра 6 междугранями 2 и 4 равна Я 1, ребра 7 между гранями 3 и 4 - Я 2, ребра 8 между гранями 2 и3 - Яз. Длины боковых ребер 6,7 и В связаны 55соотношением (1). Совокупность. точек входа и выхода света из отражателя 1 образуетего рабочую апертуру 9 (граница рабочейапертуры выделена толстой линией), которая представляет собой вытянутый симметричный шестиугольник, расположенный на фронтальной грани 5. Она получается как общая часть пересечения фронтальной грани 5 и ее зеркально-симметричного изображения относительно точки входа центрального луча (основание перпендикуляра, опущенного из вершины трехгранного угла на фронтальную грань 5). Рабочая апертура 9 состоит из совокупности 4 з+6 секторов, границы между которыми совпадают с проекциями на фронтальную грань 5, в направлении перпендикулярном к ней, боковых ребер 6, 7 и 8 отражателя и их зеркальных изображений в боковых гранях 2, 3 и 4, На фиг.2 в скобках показаны последовательности прохождения светом боковых граней 2, 3 и 4 при выходе из соответствующего сектора рабочей апертуры, На фиг.З, 4 и 5 приведены кривые 10, 11, 12, характеризующие конструкцию заявляемого отражателя, т.е. зависимость (предельную при 1,361и1,495 для з = 1; при 1,390 и1,773 для э=2; при 1,401и2,5 для з=З) соотношения длин боковых ребер Я 1/Яз от показателя преломления и материала отражателя, в соответствии с формулой (1),Устройство работает следующим образом.Падающий коллимированный пучоксвета входит в отражатель 1 через его рабочую апертуру 9 и после 2 з+3 полных внутренних отражений от граней 2, 3 и 4 выходит из отражателя в направлении, противоположном направлению падения. При полностью освещенной рабочей апертуре 9 падающий пучок разделяется в отражателе на 4 з+6 парциальных пучков, которые распространяются в нем различными путями. В соответствии с этим выходной пучок представляет собой суперпозицию 4 з+6 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 также от последовательности переотражения волн от граней, Поэтому сектора 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 призменного1774304 10 2 4 з+бЯ, + Х я",Ер г , (2) 48+6 Я- Е 81- 1 Яо уголкового отражател в отических приборах и локационных системах, обусловлено интерференцией 4 з+б парциальных пучков, Осевая сила света, т,е, интенсивность в центре дифракционной картины, равна по величине квадрату модуля среднего по площади апертуры значения вектора Джонса выходного излучения где Яо - площадь всей рабочей апертуры 9, Я 1 - площадь-го сектора рабочей апертуры, Еы и Ер - ортогонэл ьн ые компоненты вектора Джонса волны, выходящей из 1-го сектора. Параметры заявляемого устройства (соотношение длин боковых ребер) оптимизированы таким образом, что оно формирует отраженное излучение с максимально возможной осевой силой, независимо от состояния поляризации падающей волны, сохраняя при этом габаритно-весовые характеристики прототипа, для з=1 при и1,495 и для з=2 при и1,773. Для других показателей преломления (1,361 си1,495 для з=1, 1,390 и1,773 для з=2, вся область 1,401 п2,5 для з=-3) максимумы осевой силы отраженного света приходятся на точки срыва режима полного внутреннего отражения. В этих случаях геометрия отражателя задается непрерывным континиумом соотношений длин ребер от равных между собой до этих критических точек, не включая их (неравенства в (1) для а), Под сохранением габаритно-весовых характеристик понимается выполнение одного из шести условий (фиг.1):1) сохранение массы (объема) отражателЯ ЧОДВС,2) сохранение площади отражающихгранейЯо-,р = ЯОАВ + ЯОАС + ЯОВС3) сохранение площади фронтальнойграни Ядвс;4) сохранение площади рабочей апертуры ЯОеРсн 315) сохранение полезного объема отражателяЪпол = ЧОДВС - ЧСОЕ- ЧАНКЛ - ЧВ 6.Г;6) сохранение полезной площади отражающих гранейЯпол = Яотр ЯАНК ЯАКЗ ЯВЫ ЯВЕ. ЯСС ЯСЕ В качестве примера исполнения рассмотрим призменный уголковый отражатель (к/2, к/2,.7 г/4) (з.=1), изготовленный из стекла с показателем преломления п =1,55,Конструктивно, в зависимости от сохраняемой габаритно-весовой характеристики, онвыполняется следующим образом; 5 1) В 1 = Вг = 0,934 1., Вз = 1,145 1; 2) В 1 = В 2 = 0,926 1, Вз = 1,135 1;3) В 1 = В 2 = 0,942 Ь, Вз = 1,154 1; 4) В 1=- В 2 = 0,8741, ВЗ = 1,0711;(О = ОК = 0,409 ., 01 = 0,609 . 5) В 1 = Вг = 0,897 3, Вз = 1,099 1.;15 (01 = ОК = 0,4201, 01 = 0,625 ) 6) В 1. = Вг = 0,893 1, Вз = 1,094 1; (О. =. О К = 0,418 1., 01 =- 0,622 ),20 Во всех случаях отношение В 1/Вз = 0,816удовлетворяет (1), а осевая сила света согласно (2) равна 1 = 0,676, что является максимально возможной величиной при данном показателе преломления и на 5 оь 25 больше, чем у прототипа (В 1.= Рг = Вз = .,прот =. 0,646). На фиг.З, 4 и 5 приведены значения зависимости от и для заявляемого устройства (кривые 13, 14 и 15 для, соответственно, з=1,2,3), Кривые 16, 17 и 18 30 соответствуют аналогичной зависимостидля прототипа. Из фиг.З, 4, 5 непосредственно видно, что достигаемое увеличение осевой силь 1 особенно существенно при некоторых значениях показателей преломле ния, например, для з=1 при 1,4п1,6(и =1,45,= 0.641, 1 прот = 0,600, рост на 7 Ь). Таким образом, предлагаемый призменный уголковый отражатель уменьшает 40 расходимость отраженного излучения, Этоприводит к увеличению дальности действия локационных систем и повышает четкость изображения, формируемого оптическими приборами, в которыхотражатель использу ется в качестве световозврэщающего элемента. Формула изобретения 50 Призменный уголковый отражатель, выполненный в виде трехгранной пирамиды, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны л/2, третий двугранный угол равен л/(2(Я+1, где 55 Я =1,2, 3, о тл и ч а ю щи йс я тем, что, сцелью повышения осевой силы отраженного света при сохранении габаритно-весовых характеристик, длины ребер трехгранного угла, противолежащего фронтальной грани,1774304 Фиг,1 относятся как а:а:1, где величина а, относящаяся к ребрам прямых двуграннцх углов, связана с показателем преломления материала следующим образом;для з=11а1,994 п 2 - 7,207 п + 7,115при 1,361и1,495;1774304 О,дактор С. Кулакова Корректор С. Пекарь аказ 392 б Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Фиг,5 Составитель А. Тито Техред М.Моргентал юФ,