Призменный уголковый отражатель
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 я/2, третий двугранный угол равен (5+1), где 8 1, 2, 3, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении Ri:Ra:R3 a;a:1, где величина а, относящаяся к ребрам прямых двугранных углов, связана с показателем преломления материала п математическими зависимостями. 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з G 02 В 5/122
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
: с (ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908281/10 (22) 04.02.91 (46) 07.11,92. Бюл. ¹ 41 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н. Севченко (72) А.Д.Титов (56) Ханох Б,Ю. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах,—
Минск, БГУ, 1982, Авторское свидетельство СССР
¹ 1659947, кл. G 02 8 5/122, 1989. (54) ПРИЗМЕННЫЙ УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ
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 B виде трехгранной пирамиды
„„!Ы„„1774304 А1 (57) Использование: в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, дальномерах, при контроле за движением и вибрацией. Сущность изобретения; в призменном уголковом отражателе, выполненном s виде трехгранной пирамиды, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны л/2, третий двугранный угол равен me(2(S+1)), где S = 1, 2, 3, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении R1Я2ЯЗ = а;a: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/2(2(s+1)), где s — 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 уголкового отражателя, Укаэанная цель достигается тем, что в призменном уголковом отражателе. выполненном в виде трехгранной пирамиды, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны _#_/2, третий двугранный угол равенн(2(э+1)), где s = 1, 2, 1774304
3, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении
R<: Rz: Вз = а: а; 1 (1) 5 где величина а, относящаяся к ребрам прямых двугранных углов. определяется через показатель преломления материала п следующим образом 10 для s = 1 . 1 > а > 1,994n2 - 7,207п + 7,115 при 1,361 < п (1,495; а = 70,098nз - 326,011nz + 505,312n - 260,211 при 1,495 < n S 1,59; 15 а = 0,283п4- 2,532n + 8,393п2- 12,038n + 7,108 при 1,59 < п 2,5; для s =2
1> а> -1,570п +8,666n -16,533n+11,453 пзои 1,390 < и 1,773; 20
a = 2,426n - 14,150n2 + 26,955n - 16,155 при 1,773 < n 2,145; а = 6,159nз - 44,025n2 + 105,059п - 82.854 при 2,145 < и 2,5; рля s =3
1> а> -0,453п +4,833п4-20,709n +
+44,784n - 49,449n+ 23,149 при 1,401< и 2.5;
Заявляемое устройство соответствует критерию "новизна" так как характеризует- 30 ся наличием нового признака, а именно специальным подбором в зависимости от показателя преломления длин боковых ребер отражателя, Сравнение заявляемого технического 35 решения с другими техническими решениями показывает, что оно соответствует критерию "существенные отличия", так как введение нового признака приводит к проявлению устройством нового свойства — 40 формированию отраженного излучения с большей осевой силой, Изобретение поясняется фиг.1-5. На фиг,1 приведен общий вид предлагаемого устройства. Оно выполнено в форме трех- 45 гранной пирамиды 1 с тремя боковыми отражающими гранями 2, 3 и 4 и входной фронтальной гранью 5. Двугранные углы . между гранями 2 и 4, 3 и 4 равны к/2, а между гранями 2 и 3 — л/(2(э+1)). На гранях 50
2, 3 и 4 свет испытывает полное внутреннее отражение. Длина бокового ребра 6 между гранями 2 и 4 равна R>, ребра 7 между гранями 3 и 4 — Rz, ребра 8 между гранями 2 и
3 — Яз. Длины боковых ребер 6, 7 и 8 связаны соотношением (1). Совокупность точек вхо-. да и выхода света из отражателя 1 образует его рабочую апертуру 9 (граница рабочей апертуры 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 4s+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.3, 4 и 5 приведены кривые 10, 11, 12. характеризующие конструкцию заявляемого отражателя, т.е. зависимость (предельную при
1,361 < n < 1,495 для s = 1; при 1,390< и
Ы,773 для s=2; при 1,401 < и < 2,5 для s=3) соотношения длин боковых ребер R
Устройство работает следующим образом.
Падающий коллимированный пучоксвета входит в отражатель 1 через его рабочую апертуру 9 и после 2s+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 4s+6 парциальных пучков, которые распространяются в нем различными путями. В соответствии с этим выходной пучок представляет собой суперпозицию 4s+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 призменного
1774304
2
4s +6 .
+ Х S, EII г, (2) 48+65 — Е81 1So уголкового отражателя в о тических приборах и локационных системах, обусловлено интерференцией 4s+6 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 So — площадь всей рабочей апертуры 9, S1 — площадь I-го сектора рабочей апертуры, Еы и Ер — ортогонал ьн ые компоненты вектора Джонса волны, выходящей из i-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 э=1 при и > 1,495 и для s=2 при n > i,773. Для других показателей преломления (1,361 <
< n 1,495 для s=1, 1,390< и< 1,773 для
s=2, вся область 1,401< п - 2,5 для s=-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 VoABC, 2) сохранение площади отРажающих граней
S,-,р = Бодв+ SOAc+ SoBc
3) сохранение площади фронтальной грани падве;
4) сохранение площади рабочей апертуры SOEFGHJ
5) сохранение полезного объема отражателя
Vnon = VOABC — VCOEI - VAHKJ — VBGLF;
6) сохранение полезной площади отражающих граней
Snon = нотр SAHK SAKJ SBGL SBFL SCOI SCEI
В качестве примера исполнения рассмотрим призменный уголковый отражатель (тг/2, к/2, z/4) (s=-1), изготовленный из стекла с показателем преломления п =1,55, Конструктивно, в зависимости от сохраняемой габаритно-весовой характеристики, он выполняется следующим образом:
5 1) RI = Рг = 0,934 L, Вэ = 1,145 L;
2) RI = R2 = 0,926 L, Rs = 1,135 L;
3) В1 = Йг = 0,942, Яз = 1,154 L;
4) В1=- Ег = 0 874 L, йэ = 1,071 L; (0L = ОК = 0,409 L 01 = 0,609 L
5) RI = R2 = 0,897 L, Яэ = 1.099 L;
15 (01 = ОК = 0,420 L 01 = 0,625 L) 6) RI =R2=0,893 L, Вэ=1,094L; (OL = О К = 0.418 1., 01 =- 0,622 L), 20 Во всех случаях отношение RI/Rç =0,816 удовлетворяет (1), а осевая сила света согласно (2) равна 1 = 0,676, что является максимально возможной величиной при данном показателе преломления и на 5 g, 25 больше, чем у прототипа (RI.= Рг = йз = L, прот =- 0,646). На фиг.3, 4 и 5 приведены значения! зависимости от и для заявляемого устройства (кривые 13, 14 и 15 для, соответственно, s=1,2,3), Кривые 16, 17 и 18
30 соответствуют аналогичной зависимости для прототипа. Из фиг.3, 4, 5 непосредственно видно. что достигаемое увеличение осевой силь1 особенно существенно при некоторых значениях показателей преломле35 ния, например, для э=1 при 1,4 < п < 1,6 (и = 1,45, = 0.641, шпрот = 0,600, рост на 7 ).
Таким образом, предлагаемый приэменный уголковый отражатель уменьшает
40 расходимость отраженного излучения, Это приводит к увеличению дальности действия локационных систем и повышает четкость изображения, формируемого оптическими приборами, в которыхотражатель использу45 ется в качестве световоэврэщающего элемента.
Формула изобретения
50 Приэменный уголковый отражатель, выполненный в виде трехгранной пирамиды, два двугранных угла которой между боковыми отражающими гранями равны л/2, третий двугранный угол равен л/(2(5+1)), где
55 S = 1, 2, 3, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения осевой силы отраженного света при сохранении габаритно-весовых характеристик, длины ребер трехгранного угла, противолежащего фронтальной грани, 1774304
Фиг. I относятся как а:а:1, где величина а, относящаяся к ребрам прямых двугранных углов, связана с показателем преломления материала следующим образом; для s=1
1 > а > 1,994п2-7,207п+ 7,115 при 1,361 < и « 1,495; а = 70,098nз - 326,011п2+ 505,312n - 260,211 и ри 1,495 < и 1,59: а = 0,283n -2,532пз+ 8,393п -12,038п+ 7,108 при1,59< п 2,5; для s =2
1> а> -1,570п +8,666n -16,533n+11,453 пуи 1,390 < n %1,773; а = 2,426n -14,150n +26.955п -16,155
5 при 1,773 < и 2,145; а =. 6,159n - 44,025n + 105,059п - 82,854 при 2,145 < n 2,5; д5ля s =3
1> а> -0,453n +4,833п -20,709п +
10 +44,784n - 49,449n+ 23,149 при 1,401< и 2,5.
1774304
Фиг.2
Фиг.3
1774304
2,5
Фиг. 4 о,в
Об
o,s о
zis
Фиг,5
Составитель А. Титов
Техред M.Mîðãåíòàë
Корректор С. Пекарь
Редактор С. Кулакова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 392á Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5
