ОПТИЧЕСКИЙ ОТРАЖАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК G02B5/10 G02B5/12 

Изобретение относится к оптическим системам локации и представляет собой оптический отражатель /ретроотражатель/, предназначенный для локации объектов при поисковых, спасательских, геодезических и других подобных работах.

В оптических системах локации, поиска и обнаружения объектов часто используются ретроотражатели, устанавливаемые на объекте обнаружения. Классическим примером ретроотражателя является триппельпризма. Простейшие в изготовлении системы триппельпризм, так называемых катофотов, которые становятся видимыми в огнях фар, очень широко применяются в автомобильной технике, велосипедах, дорожных знаках и т.п. Подобные устройства имеют ограниченный угол ретроотражения. Например, триппельпризма с зеркальными отражающими гранями имеет угол ретроотражения практически равный 90^o. Для очень широкого круга практических задач этой величины угла ретроотражения вполне достаточно. Однако существует немало задач, когда надо обеспечить всестороннее ретроотражение, т.е. ретроотражатель должен одинаково эффективно работать в пределах 360 градусов. Например, в случае использования ретроотражателя в системах поиска объекта с неизвестными координатами и неопределенным положением в пространстве по отношению к источникам излучения всестороннее ретроотражение необходимо.

Известен оптический отражатель по указанному патенту содержит рассредоточенные по сферическому корпусу объективы "кошачий глаз" и расположенные в фокусах каждого объектива оптически сопряженные с ним отражающие элементы. Общий вид этого отражателя представлен на фиг. 1, а на фиг. 2 и 3 представлены соответственно оптическая схема "кошачьего глаза" и ход лучей при нормальном и наклонном падении лазерного излучения. Все эти чертежи взяты из указанного патента США. Как видно из фиг. 2, параллельный пучок света 6 падает на линзу 14, преломляется в ней, слабо расходящимся пучком попадает на зеркало 12, отражается от него, попадает на зеркало 16, вновь отражается от зеркала 12, проходит через линзу 14 и выходит в пространство параллельным пучком в направлении на излучатель. Эта схема прохождения лучей имеет место и при наклонном падении пучков в пределах поля зрения "кошачьего глаза". При угле падения пучка, превышающем поле зрения "кошачьего глаза" /см. фиг. 3/ ретроотражение (отсутствует, так как отраженное от зеркала 12 излучение не попадает на зеркало 16. Сферическая компоновка "кошачий глаз" при условии, что их поля зрения соприкасаются, как это видно из фиг. 1, позволяет при любом угле падения пучка излучения лазера получить эффект ретроотражения от одного из объективов "кошачий глаз". Однако предложенная в патенте конструкция лазерного ретроотражателя имеет ряд недостатков. Эти недостатки связаны в основном с неудовлетворительной стыковкой конструкции зеркального объектива и компоновкой всех объективов на сфере. Как видно из представленных чертежей, входные линзы 14 расположены на радиусе большем, чем зеркала 12, при условии, что в соответствии с ходом лучей диаметр зеркала 12 должен быть несколько больше, чем диаметр линзы 14. Поле зрения "кошачьего глаза" определяется в основном диаметром зеркала 16, которое частично перекрывает входящий пучок света. По мере увеличения поля зрения все большая часть падающего пучка экранируется зеркалом 16. Поэтому в описываемой конструкции предлагается использовать объективы со столь малыми полями зрения, что только один из объективов обеспечивает эффект ретроотражения, при этом часть площади входной линзы 14 из-за конечных размеров зеркала не используется для прохождения входящих и выходящих пучков света.

Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков. Это достигается тем, что в оптическом отражателе, содержащем рассредоточенные по сферическому корпусу объективы и расположенные в фокусах каждого объектива оптически сопряженные с ним отражающие элементы, последние выполнены в виде плоских зеркальных граней многогранника, вписанного в концентрическую корпусу и расположенную в нем сферу, причем каждая грань перпендикулярна главной оси соответствующего объектива, многогранник может быть выполнен поворотным, с вершинами, опирающимися на внутреннюю поверхность корпуса, каждая сопряженная пара объектив отражающий элемент снабжена светофильтром, причем светофильтры разных пар выполнены спектрально различными, и могут быть установлены на концентричной корпусу и охватывающей его поворотной относительно корпуса сферической обойме.

На фиг. 4 показан общий вид оптического отражателя; на фиг. 5 и 6 показана сопряженная пара "объектив отражающий элемент", снабженная светофильтром и ход лучей в этой оптической системе, прямой на фиг. 5 и наклонный на фиг. 6.

Оптический отражатель имеет сферический корпус 1, на котором рассредоточены объективы 2. Внутри корпуса 1 установлен многогранник 3, вписанный в расположенную внутри корпуса 1 и концентрическую корпусу сферу. Грани "а" многогранника выполнены в виде плоских зеркал, причем каждая грань расположена в фокусе соответствующего объектива, перпендикулярна его главной оси и образует таким образом сопряженный с этим объективом отражающий элемент. Многогранник 3 может быть выполнен в обычном, классическом виде, когда его плоские грани сопрягаются по прямолинейным ребрам. На фиг. 4 показан многогранник 3, в котором грани "а" имеют форму кругов, перпендикулярных радиусам сферы. В этом случае сопряжение граней происходит по сферической поверхности. При небольшом количестве граней, как показали конструктивные проработки, целесообразно выполнять многогранник 3 с вершинами, опирающимися на внутреннюю поверхность сферического корпуса. Как показано на фиг. 5 и 6 каждая сопряженная пара "объектив отражающий элемент "а" могут быть снабжены светофильтром 4, причем светофильтры различных пар "объектив отражающий элемент" выполнены спектрально различными. Светофильтры 4 укреплены на сферической обойме 5, концентричной корпусу 1 и охватывающей его. Как многогранник 3, так и обойма 5 могут быть установлены с возможностью поворота относительно корпуса 1. При этом поворотный многогранник имеет спектрально различные отражающие элементы /грани "а"/.

Оптический отражатель работает следующим образом.

Пучок света падает на объектив 2, преломляется в нем, отражается от зеркала-грани "а", вновь проходит через объектив 2 и в виде параллельного пучка распространяется в направлении на излучатель. Поле зрения данной оптической системы определяется линейными размерами зеркала "а". Эффект ретроотражения нарушается при попадании пучков света за площадь зеркала. Ход лучей в линзовом объективе позволяет более эффективно скомпоновать оптические системы в шаровидные конструкции и обеспечить большую величину светоотражения ретроотражателя за счет больших допустимых полей зрения сопряженных систем "линзовый объектив зеркало", чем в рассмотренном патенте США. Так например при использовании объектива с соотношением фокусного расстояния f к диаметру d f/d 1,5 преимущество данного оптического отражателя проявляется при величине поля зрения объектива равной не менее 36 градусов. При величине поля зрения 36 градусов диаметр зеркала "а" становится равным диаметру объектива, что эквивалентно ситуации, изображенной на фиг. 1, где диаметры входной линзы 10 и зеркала 12 практически совпадают. При уменьшении поля зрения объектива начинают сказываться преимущества схемы, показанной на фиг. 4. Например, рассмотрим вариант конструкции ретроотражателя, в котором количество объективов на экваториальном сечении сферы равняется 24. Это означает, что главные оптические оси объективов наклонены друг относительно друга на 15 градусов. Для обеспечения ретроотражения от объектива, на который обеспечивается нормальное падение излучения многоцветным, так как при освещении ретроотражателя излучателем системы поиска эффект ретроотражения наблюдается одновременно в нескольких рядом расположенных сопряженных парах "объектив зеркало". Разноцветность такого отражателя может быть также отличительным признаком объекта поиска.

В случае, если перед каждым объективом устанавливается обойма 5 со светофильтрами 4, которая имеет возможность поворачиваться вокруг центра корпуса 1, такой ретроотражатель при условии его подсветки многоцветным лазером, становится устройством с переменной цветностью. Алгоритм смены цветности также может быть использован как отличительный признак объекта поиска.

Тот же эффект может быть достигнут в случае, когда предусмотрена возможность взаимного углового перемещения сферического корпуса 1 и многогранника 3, так как при этом обеспечивается возможность обмена сопряженных пар "объектив-зеркало", а зеркальные покрытия граней "а" выполнены в разнесенных спектральных диапазонах.

Использование: в системах оптической локации и поиска. Сущность изобретения: оптический отражатель содержит рассредоточенные по сферическому корпусу объективы и расположенные в фокусах каждого объектива отражающие элементы, выполненные в виде плоских зеркальных граней расположенного в корпусе многогранника, вписанного в концентрическую корпусу сферу, причем каждая грань перпендикулярна оптической оси соответствующего объектива, причем каждая сопряженная пара объектив - отражающий элемент может быть снабжена светофильтром, а светофильтры разных пар объектив - отражающий элемент могут быть выполнены спектрально различными и расположены в сферической обойме, охватывающей корпус установленной с возможностью поворота относительно него. Кроме того, отражающие элементы могут быть выполнены спектрально различными, а многогранник может быть установлен с возможностью поворота относительно корпуса. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оптический отражатель, содержащий рассредоточенные по сферическому корпусу объективы и расположенные в фокусах каждого объектива оптически сопряженные с ними отражающие элементы, отличающийся тем, что отражающие элементы выполнены в виде плоских зеркальных граней расположенного в корпусе многогранника, имеющего форму вписанного в концентрическую корпусу сферу, причем каждая грань перпендикулярна оптической оси соответствующего объектива. 2. Отражатель по п.1, отличающийся тем, что многогранник выполнен с вершинами, опирающимися на внутненнюю поверхность корпуса. 3. Отражатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждая сопряженная пара объектив отражающий элемент снабжена светофильтром. 4. Отражатель по п.3, отличающийся тем, что светофильтры разных пар объектив отражающий элемент выполнены спектрально различными. 5. Отражатель по п.3 или 4, отличающийся тем, что он снабжен концентрической корпусу и охватывающей его сферической обоймой, на которой установлены светофильтры, причем обойма установлена с возможностью поворота относительно корпуса. 6. Отражатель по п.1, отличающийся тем, что отражающие элементы выполнены спектрально различными, а многогранник установлен с возможностью поворота относительно корпуса.