ПРИЗМЕННЫЙ УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК G02B5/122 

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 уголковый отражатель, выполненный в виде трехгранной пирамиды с металлизированными зеркально-отражающими гранями, которые образуют двугранные углы π/2, π/2 и π /[2(s+1)] где s целое положительное число, и с неравными по длине ребрами двугранных углов /1/. Однако при работе в сложных условиях или при воздействии мощного излучения металлическое покрытие может выйти из строя. Кроме того, при 2s+3 отражениях от металла теряется до 40% и более энергии падающей волны.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является уголковый отражатель, работающий в режиме полного внутреннего отражения и выполненный в виде трехгранной пирамиды с боковыми ребрами равной длины и двугранными углами между отражающими гранями, равными p/2, π/2 и π [2(s+1)] /2/. Однако этот отражатель имеет небольшую площадь рабочей апертуры.

Цель изобретения получение максимальной площади рабочей апертуры призменного уголкового отражателя при сохранении его массы.

Цель достигнута тем, что в призменном уголковом отражателе, выполненном в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой равны p/2, π/2 и π [2(s+1)] где s целое положительное число, согласно изобретению ребра отражателя выполнены размерами

где R₁, R₂ длины ребер двугранных углов π/2 R₃ - длина ребра двугранного угла ϕ = π [2(s+1)] m масса отражателя, r - плотность материала, из которого изготовлен отражатель, при этом показатель преломления материала удовлетворяет соотношению
n ≥ -0, 012 s² + 0,114 s + 1,433 (2)
Предлагаемое устройство соответствует критерию новизны, так как характеризуется наличием нового признака, а именно специальным выполнением ребер отражателя /1/.

Сравнение предлагаемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что оно соответствует критерию существенных отличий, так как введение нового признака приводит к проявлению устройством нового свойства увеличения до максимально возможного значения площади рабочей апертуры при сохранении массы отражателя.

На чертеже приведен общий вид предлагаемого устройства.

Оно выполнено в форме трехгранной 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 p/2 а между гранями 2 и 3 ϕ = π [2(s+1)] На гранях 2, 3 и 4 свет испытывает полное внутреннее отражение. Длина бокового ребра 6 между гранями 2 и 4 равна R₂, ребра 7 между гранями 3 и 4 R₂, ребра 8 между гранями 2 и 3 R₃. Длины боковых ребер 6, 7 и 8 связаны соотношением (1). Показатель преломления материала, из которого изготовлен отражатель 1, удовлетворяет соотношению (2). Совокупность точек входа 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).

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитная волна входит в отражатель 1 через рабочую апертуру 9 фронтальной грани 5. После 2s+3 полных внутренних отражений от боковых граней 2, 3 и 4 она выходит из него в направлении, противоположном направлению падения. Действие отражателя в образовании рассеянного поля в первом приближении можно рассматривать как отражение от плоского зеркала, ориентированного перпендикулярно направлению падения электромагнитного излучения. Это зеркало по форме совпадает с рабочей апертурой 9 и представляет собой площадку, образованную общей частью пересечения входной грани 5 с ее зеркальным изображением относительно и в направлении оси визирования. При этом проецировании входная грань 5 и ее зеркальное изображение разнесены в пространстве на удвоенную высоту уголкового отражателя. Площадь рабочей апертуры, занимающая часть входного окна (выделена толстой линией 9 на чертеже), при нормальном падении зависит от ориентации входной грани 5 относительно боковых ребер 6, 7 и 8, т.е. от соотношения их длин. При выполнении длин боковых ребер 6,7 и 8 в соответствии с формулами (1), полученных путем численной оптимизации параметров уголкового отражателя, площадь рабочей апертуры предлагаемого призменного уголкового отражателя имеет максимально возможное значение при той же массе. Под сохранением массы отражателя понимается сохранение массы полезного объема отражателя, участвующего в формировании отраженного сигнала
m = ρV_пол= ρ(V_OABC - V_CDEI - V_AHKJ - V_BGLF).
В качестве примера исполнения рассмотрим призменный уголковый отражатель, изготовленный из оптического стекла марки ТФ5 (n 1,761712 при λ 546,07 им). Показатель преломления n удовлетворяет соотношению (2). Площадь рабочей апертуры S(s)прот

прототипа, изготовленного из стекла этой марки равна

где L длина боковых ребер. При конструктивном исполнении боковых ребер в соответствии с соотношениями (1)

предлагаемый отражатель имеет ту же массу, что и прототип

При этом площадь его рабочей апертуры
S⁽¹⁾ 0,3132 L², S⁽²⁾ 0,2081 L², S⁽³⁾ 0,1557 L², S⁽⁴⁾ 0,1244 L², S⁽⁵⁾ 0,1036 L², S⁽⁶⁾ 0,0887 L²
больше, чем у прототипа, соответственно на 5,5% (s=1), 8,5% (s=2), 9,8% (s=3), 10,5% (s=4), 10,8% (s=5), 11% (s=6).

Таким образом, за счет рационального выбора геометрических размеров призменного уголкового отражателя достигается увеличение площади его рабочей апертуры до максимально возможного значения без изменения массы с сохранением узконаправленной индикатрисы возвратного отражения, что повышает надежность работы локационных систем.

Использование: в оптической локации для получения информации о параметрах движения объекта, на котором установлен призменный уголковый отражатель. Сущность изобретения: в призменном уголковом отражателе, выполненном в виде трехгранной пирамиды двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой равны π/2, π/2 и π/2 , где S - целое положительное число, ребра отражателя выполнены с размерами P₁ и P₂ определяемых из математических соотношений. Показатель преломления материала отражателя также определяется из соотношения. 1 ил.

Призменный уголковый отражатель, выполненный в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой равны π/2, π/2 и π/[2(S+1)], где S целое положительное число, отличающийся тем, что ребра отражателя выполнены с размерами


где R₁, R₂ длины ребер двугранных углов π/2;
R₃ длина ребра двугранного угла v = π/[2(S+1)];
m масса отражателя;
ρ - плотность материала, из которого изготовлен отражатель,
при этом показатель преломления материала удовлетворяет соотношению
n ≥ -0,012 ρ² + 0,114 ρ + 1,433.н