Призменный уголковый отражатель
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 Ri;R2:R3 а:а:1, где величина а связана с показателем преломления п математическими зависимостями. 2 ил.
„„. Ж „„1778498 А1
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)я G 02 В 5/122 с
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ """ " /
ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908280/10 (22) 04,02.91. (46) 30.11.92. Бюл. N. 44 (71) Науч но-исследо вател ьский институт прикладных физических проблем им. А. Н.
Севченко (72) А. Д. Титов (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., <анох Б.Ю. Оптические отражатели тетраэд,рическкого типа в активных системах. .Минск, БГУ, 1982.
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 за движением и вибрацией, в авиации, космонавтике, метеорологии.
Известен прямоугольный трехгранный отражатель возвратного действия, выполненный в виде стеклянной призмы с металлизированными 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 40% энергии падающей волны.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является прямоугольный трехгран(54) ПРИЗМЕННЫЙ УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ (57) Использование: в качестве отражающеfo 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 В1;В2Яз = 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 монолитного блока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении
R>:Rz: з - а а:1, 1778498 где величина а определяется через показатель преломления материала и следующим образом: а = 0,836п - 4,843п + 9,847п - 5,547 при 5
1,4 S n 1,9 и а=-0,303п +2,019п -3,242п+2,366при
1,9 Заявляемое устройство соответствует критерию "новизна", так как характеризуется наличием нового признака, а именно специальным подбором в зависимости от показателя преломления длин боковых ре- 15 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- 25 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 В1 ребра 7 между гранями 3 и 4 — В2, ребра 8 между гранями 2 и 3 — R>, 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- 40 бой вытянутый симметричный шестиугольник, расположенный на фронтальной грани 5. Она получается как общая часть пересечения фронтальной грани 5 и ее зеркальносимметричного 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- 55 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 R>/Яз 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 излучения где $ — площадь всей рабочей апертуры 9; $ — площадь i-ro сектора рабочей апертуры (10-15): Е l и Е -ортогональные 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 для данного показателя преломления осевой силой, независимо от 1778498 состояния поляризации падающей волны, сохраняя при этом габаритно-весовые характеристики прототипа, Под сохранением габаритно-весовых характеристик понимается выполнение одного из шести условий (фиг. 1): 1) сохранение массы (объема) отражателя VOABC 2) сохранение площади отражающих граней Sorp = SOAB + SOAC + SOBC, 3) сохранение площади фронтальной грани $двс; 4) сохранение площади рабочей апертуры SDEFGHJ; 5) сохранение полезной массы (объема) отражателя испол = VOABC = VCDEI VAHKJ 86 F 6) сохранение полезной площади отражающих граней Впал = SQTp - SAHK - SAKJ — SBGL - SBFL— -SCOI - SCEI. В качестве примера исполнения рассмотрим призменный уголковый отражатель, изготовленный из стекла с показателем преломления n = 1,75. Конструктивно, в зависимости QT сохраняемой габаритно-весовой характеристики, он выполняется следующим образом: 1) R i Rz = 1,101 L, йз = 0,825L; 2) R t = К2 + 1,096L, Вз = 0,821L; 3) R1 = R2 = 1,090 . Яз = 0,817L: 4) R< = йг = 1,198L, Кз = 0,897l; (OL=OK = 0,430L, OI = 0,8001 ) 5)В1 = Вг = 1,159L, Вз = 0.868L; (OL=OK = 0,416L, 01 = 0,774L) 6) R) = Rz = 1-182L, Вз = 0,885L; (OL=OK = 0,425(. 01 = 0,789L). Во всех случаях отношение R I/Кз = 1,335 удовлетворяет (1), а осевая сила света согласно (2) равна! = 0,412, что является максимально возможной величиной при данном показателе преломления и на 4;4 больше, чем у прототипа (R< =- В2 = Яз = (, прот = 0,397). На фиг. 2 приведены значения I 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 = 1,5 1 = 0,2934, I =0,4541, рост на 6 . Таким образом. предлагаемый призменный уголковый отражатель уменьшает расходимость отраженного излучения. Это 15 приводит к увеличению дальности действия локационных систем и повышает четкость изображения, формируемого оптически 1и приборами, в которых отражатель используется в качестве световозвращающего эле20 мента. Формула изобретения Призменный уголковый отражатель, вы25 полненный из прозрачного монолитного блока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями, отличающийся тем. что, с целью получения максимальной осе30 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= 0,836п - 4,843п + 9,847п - 5,547 при 1,4 ï 1,9 и 40 а=-0,303п +2,019п -3,242п+2,366при 1,9 < и 2,5. 1778498 Фиг. 1. 1778498 О, Фиг.2. Составитель А.Титов Техред. М.Моргентал Корректор Т.Палий Редактор Заказ 4181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
