Уголковый отражатель Советский патент 1992 года по МПК G02B5/122 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в космической навигации, геодезии, контрольно-измерительной технике, машиностроении и экспериментальной физике.

Известен уголковый отражатель, выполненный в виде тетраэдра из стекла с тремя металлизированными зеркально-отражающими гранями, которые образуют прямой трехгранный угол с одинаковыми по длине ребрами. Его фронтальная грань имеет форму равностороннего треугольника. В таком уголковом отражателе возможны различные варианты переотражения излучения. Однако обычно используется вариант возвратного отражения, при котором падающий на фронтальную грань луч последовательно переотражается на гранях прямого трехгранного угла и выходит из него в обратном направлении. Совокупность точек входа и выхода светового пучка образуют на фронтальной грани рабочую апертуру уголкового отражателя. При нормальном падении пучка на фронтальную грань, она имеет форму правильного шестиугольника, вписанного в треугольный контур фронтальной грани. Рабочая апертура позволяет максимально и-„ пользовать свойство возвратного отражения излучения прямым трехгранным утло.. и исключает рассеяние излучения в трех других не обладающих свойством зеркальной симметрии трехгранных углах. Но выбранная таким образом рабочая апертура ограничивает поток падающего на уголковый отражатель излучения, а значит, и мощность и стабильность приема отраженного сигнала.

Цель изобретения - увеличение рабочей апертуры уголкового отражателя при сохранении площади фронтальной грани.

Указанная цель достигается тем, что в уголковом отражателе, выполненном в виде тетраэдра из стекла с тремя металлизированными зеркально-отражающими гранями, которые образуют прямой трехгранный угол, два ребра прямого трехгранного угла одинаковы и в v2 раз длиннее третьего, а показатель преломления стекла больше 2/vT.

На чертеже изображен уголковый отражатель.

/ iv.

N

IN Ю ч|

Уголковый отражатель выполнен из стекла в форме тетраэдра с тремя металлизированными зеркально-отражающими гранями 1-3, образующими прямой трехгранный угол с вершиной 4, у которого два ребра 5 и 6 одинаковы и в V2 раз длиннее третьего ребра 7. Противоположная вершине 4 фронтальная грань 9 имеет форму равнобедренного треугольника с соотношением сторон 2 : V3 : V3 , Оптиче- екая ось отражателя совпадает с прямой, проходящей через вершину 4 и ее проекцию 8 на фронтальную грань 9.

Отражатель работает следующим образом.

Падающая на фронтальную грань 9 электромагнитная волна дифрагирует на внутренних углах отражателя. В таком (в отличие от известной) тетраэдре все трехгранные углы обладают свойством зеркаль- ной симметрии. Поэтому в результате дифракции в нем образуется суперпозиция из конечного числа волн, взаимосвязанных между собой различными вариантами переотражения, Проведенные расчеты показа- ли, что возвратно-отраженные пучки формируются не только при переотражении волн в прямом трехгранном угле, но и при других вариантах их переотражений, за счет которых расширяется рабочая апертура от- ражателя. Таким образом, при такой форме отражателя достигается увеличение рабочей апертуры уголкового отражателя.

Пример. Отражатель выполнен из стекла с показателем преломления п 1,5 в форме тетраэдра. Грани 1-3 металлизированы и образуют прямой трехгранный угол при вершине 4. Причем ребра 5 и 6 угла одинаковы по длине и равны 2x2 см. Длина третьего ребра 7 равна 2 см,

Падающий вдоль оптической оси на фронтальную грань электромагнитный волновой пучок переотражается на гранях отражателя.Последовательность прохождения пучком граней зависит от ме- ста его падения на фронтальную грань. В соответствии с этим фронтальная грань 9 делится на 10 секторов. Границы секторов совпадают с проекциями на грань 9 ребер призмы и их зеркальных изображений и обозначены на фронтальной грани пунктирными линиями. Каждому сектору соответствует свой вариант распространения падающего на уголковый отражатель пучка. При вхождении его в уголковый отражатель через один из шести примыкающих к точке 8 секторов формируется в результате трех переотражений его на гранях прямого трехгранного угла возвратно-отраженный пучок, выходящий через один из этих же секторов. Причем точки входа и выхода пучка расположены на фронтальной грани 9 симметрично относительно точки 8. Симметрич- ны относительно этой точки и примыкающие к ней шесть секторов. Поэтому любая точка этой части фронтальной грани является точкой входа (выхода) пучка. Поперечное сечение возвратно-отраженного прямым трехгранным углом пучка имеет форму составленного из шести секторов ромба,

Пучки, входящие в уголковый отражатель через другие четыре сектора фронтальной грани, переотражаются на гранях трехгранных углов, расположенных симметрично относительно биссекторной плоскости прямого двугранного угла с ребром, равным 2 см, в том числе и на об щей для этих углов неметаллизированной фронтальной грани. Они падают на грань с внутренней стороны под углом 60° и при показателе преломления, большем 2/ V3 , полностью переотражаются, После трех переотражений на гранях одного из этих углов пучок падает нормально на грань 2 или 3 и после отражения от нее распространяется по обратному пути. В результате он выходит из уголкового отражателя в противоположном падающему лучу направлении. Точки входа и выхода пучка совпадают.

Таким образом, любая из точек фронтальной грани, является точкой входа (выхода) пучка. Это означает, что рабочая апертура полностью совпадает с фронтальной гранью. При нормальном падении пучка на любую часть фронтальной грани формируется возвратно-отраженный уголковым отражателем пучок.

В известном изобретении рабочая апертура составляет лишь часть поверхности фронтальной грани, Следовательно, при одинаковой площади фронтальных граней рабочая апертура в предлагаемом уголковом отражателе больше, чем в известном.

Таким образом, с использованием предлагаемого изобретения достигается увеличение рабочей апертуры уголкового отражателя при сохранении площади его фронтальной грани, что способствует, в частности, повышению мощности и стабильности приема отраженного сигнала.

Формула изобретения Уголковый отражатель, выполненный в виде тетраэдра из стекла с тремя металлизированными зеркально отражающими гранями, образующими прямой тр -хгранный угол, отличающийся тем, что, с целью

увеличения рабочей апертуры уголкового отражателя при сохранении площади фронтальной грани, два ребра прямого трехгранного угла одинаковы и в V2 раз длиннее третьего, а показатель преломления стекла больше 2/ Vs.

Использование: в космической навигации, геодезии, контрольно-измерительной технике, машиностроении, строительстве и экспериментальной физике. Сущность изобретения: уголковый отражатель выполнен в виде тетраэдра из стекла с показателем преломления больше 2/ V3 с тремя металлизированными гранями, образующими прямой трехгранный угол, у которого 2 ребра одинаковы и в 2 длиннее третьего ребра. 1 ил.