УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01Q15/18 

Изобретение относится к локационной технике и может быть использовано в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, буях, маркерах, дальномерах для получения информации о наличии объекта, на котором установлен отражатель, расстоянии до него, характеристиках движения.

Известен прямоугольный уголковый отражатель, выполненный в виде тетраэдрической призмы, на три рабочие грани которой нанесено металлическое покрытие, а фронтальная грань представляет собой равносторонний треугольник. Однако этот отражатель характеризуется небольшой дальностью действия в системах с несовмещенными осями приемной и передающей оптики. Кроме того, максимальный угловой диапазон видимости в нем существенно меньше развернутого угла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уголковый отражатель, три металлизированные отражающие грани которого образуют трехгранный угол π /2, π /2, π /[2(s+1)], где s - целое положительное число. В этом отражателе имеется геометрически выделенная плоскость направлений, при облучении в которой падающий луч переотражается в себе противоположный во всем диапазоне видимости фронтальной грани. Однако этот отражатель имеет небольшой угловой диапазон действия по другим направлениям.

Цель изобретения - увеличение диапазона рабочих углов.

Указанная цель достигается тем, что в уголковом отражателе, выполненном в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла между металлизированными отражающими гранями равны π /2, а третий двугранный угол равен π /[2(s+1)], где s = = 1,2,3,4, согласно изобретению, длины его ребер R₁, R₂, R₃ выбраны из соотношения
R₁:R₂:R₃ = a:a:1, (1) при этом
для s = 1
a = -0,486n⁵ + 5,184n⁴ - 22,209n³ + 48,027n² - 53,019n + 24,840;
для s = 2
a = -0,457n⁵ + 4,875n⁴ - 20,907n³ + 45,273n² - 50,064n + 23,509;
для s = 3
a = -0,451n⁵ + 4,812n⁴ - 20,643n³ + 44,710n² - 49,443n + 23,213;
для s = 4
a = -0,445n⁵ + 4,753n⁴ - 20,390n³ + 44,167n² - 48,859n + 22,953, где n - показатель преломления материала.

Предложенное устройство соответствует критерию "Новизна", так как характеризуется наличием нового признака, а именно специальным подбором в зависимости от показателя преломления длин боковых ребер отражателя.

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что оно соответствует критерию "Существенные отличия", так как введение нового признака приводит к проявлению устройством нового свойства - обладанием максимально возможным для заданных n и s диапазоном рабочих углов, т.е. телесным углом при облучении, в пределах которого отражатель возвращает падающее на него излучения в направлении, строго противоположном падающему.

На фиг.1 приведен общий вид предлагаемого устройства.

Оно выполнено в форме тетраэдра 1 с тремя металлизированными боковыми отражающими гранями 2,3 и 4 и входной фронтальной гранью 5. Двугранные углы между гранями 2 и 4, 3 и 4 равны π /2, а между гранями 2 и 3 - π /[2(s+1)]. Показатель преломления материала отражателя равен n. Длина бокового ребра 6 между гранями 2 и 4 равна R₁, ребра 7 между гранями 3 и 4 - R₂, ребра 8 между гранями 2 и 3 - R_3. Длины боковых ребер 6,7 и 8 связаны соотношением (1).

На фиг. 2-5 приведены кривые 9,10,11 и 12, характеризующие конструкцию предложенного отражателя, т.е. зависимость соотношения длин боковых ребер R₁/R₃ от показателя преломления n материала отражателя в соответствии с формулой (1).

Устройство работает следующим образом.

Пучок электромагнитного излучения входит в отражатель 1 через его фронтальную грань 5. После 2s+3 переотражений от металлизированных граней 2,3 и 4 он выходит из отражателя 1 через фронтальную грань 5 в направлении, противоположном направлению падения. Пространство изображений, формирующее возвращаемый пучок, образуется в рассматриваемой системе отражающих поверхностей в процессе отображения каждой из зеркальных граней 2,3 и 4 в двух других в последовательности прохождения их волной. Общая часть всех изображений, наблюдаемая в возвращаемой волне, ограничена здесь контуром, совпадающим с контуром фронтальной грани, перевернутым на 180^о. При полностью освещенной фронтальной грани отражателя проекция контура пространства изображения на фронтальную грань в направлении оси визирования с учетом преломления на фронтальной грани образует рабочую апертуру отражателя, а геометрический континуум направлений падающего пучка внутри створа пространственного угла, при которых эти проекции являются ненулевыми, образуют угловую апертуру отражателя.

Форма и размер угловой апертуры, определяемый величиной соответствующего пространственного угля, зависят от ориентации фронтальной грани относительно боковых ребер отражателя и показателя преломления материала отражателя. Угловая апертура характеризуется величиной телесного угла, включающего все возможные направления возвратного отражения
Ω = 2Π { [1-cos[θ_внешн(φ)] } dφ , (2) где Φ - азимутальный угол в плоскости фронтальной грани;
θ_внешн (Φ) - предельное значение возможного отклонения падающего пучка от нормали к фронтальной грани для данного значения угла Φ.

При расчетах по формуле (2) необходимо учитывать преломление на фронтальной грани и делать переход от внешних к внутренним углам падения
sin θ_внешн = n sin θ_внут. (3) Параметры предложенного устройства (соотношение длин боковых ребер) оптимизированы так, что оно имеет максимально возможный для данного показателя преломления диапазон рабочих углов. На фиг.2-5 приведены значения угловой апертуры Ω в стерадианах (нормировано на π) в зависимости от n для предложенного устройства (кривые 13-16 соответственно для s = 1,2,3,4). Кривые 17,18,19 и 20 соответствуют аналогичной зависимости для прототипа. Из фиг.2-5 непосредственно видно, что достигаемое увеличение диапазона рабочих углов особенно существенно для больших значений показателя преломления, например при n = 2 для s = 1 имеем Ω = 1,273 х π стер (a = 0,630), Ω_прот = 1,071π стер, рост 19%, а для s = 2 имеем Ω = 0,848 π стер (a = 0,593), Ω_прот = 0,701 π стер, рост 21%.

В качестве примера исполнения рассмотрим уголковый отражатель ( π /2, π /2, π /4) (s = 1), изготовленный из стекла марки ТФ5 (n = 1,761712 при λ = 546,07 нм). На фиг.6 изображена диаграмма предельных значений углов визирования, т. е. индикатрисса угловой апертуры предлагаемого отражателя (a = 0,746, кривая 21). Кривая 22 соответствует индикатриссе угловой апертуры известного отражателя (прототипа). Концентрическими кругами здесь отмечены углы между нормалью к фронтальной грани и направлением падения волн. Секторные линии определяют значения азимутальных углов падения на фронтальную грань, отсчитываемых против часовой стрелки. Из фиг.6 непосредственно видно, что угловой диапазон возвратно-отражающего действия в биссекторной плоскости двугранного угла π /4, т.е. определенный азимутальными углами Φ = 90^о, 270^о, совпадает с максимальным раскрывом у известного отражателя (прототипа) (180^о), а при остальных углах превышает его. Общая площадь, ограниченная угловой индикатриссой, здесь на 13% больше, чем у известного отражателя (прототипа): Ω = 1,040 π стер, Ω_прот = 0,922 х π стер.

Таким образом, предлагаемый уголковый отражатель расширяет диапазон видимости объектов в локационных системах, что повышает эффективность их работы.

Использование: в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, буях, маркерах, дальномерах. Сущность изобретения: уголковый отражатель, выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла равны π/2 , а третий - π/2(S+1) , где s 1,2,3,4. Длины его ребер R₁, R₂, R₃ выбраны из соотношения R₁:R₂:R₃ = a:a:1. Приведены выражения для a при различных s. 6 ил.

УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ, выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла между металлизированными отражающими гранями равны π / 2 , а третий двугранный угол равен π / 2 ( S + 1 ) , где S=1,2,3,4, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона рабочих углов, длины его ребер R₁, R₂, R₃ выбраны из соотношения
R₁ : R₂ : R₃ = a:a:1,
при этом для S = 1 a=-0,486n⁵ + 5,184n⁴ - 22,209n³ + 48,027n² - 53,019n + 24,840;
для S = 2 a= -0,457n⁵ + 4,875n⁴ - 20,907n³ + 45,273n² - 50,064n + 23,509;
для S = 3 a = -0,451n⁵ + 4,812n⁴ - 20,643n³ + 44,710n² - 49,443n + 23,213;
для S = 4 a= -0,445n⁵ + 4,753n⁴ - 20,390n³ + 44,167n² - 48,859n + 22,953.