Уголковый отражатель Советский патент 1992 года по МПК G02B5/122 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и локационной технике и может быть использовано в качестве свето- возвращающего элемента в навигационных знаках, маяках, катафотах при управлении движением и в системах связи на транспорте, в авиации, метеорологии.

Известен прямоугольный угодковый отражатель, имеющий свойство возвратного отражения.

Однако этот отражатель имеет невысокий диапазон дальности действия в системах с несовмещенными осями приемной и передающей оптики.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является уголковый отражатель в форме трехгранного угла, у которого два двугранные угла прямые, а третий равен я/4.

Однако он характеризуется невысоким диапазоном углов возвратного отражения.

Цель изобретения - расширение угловой апертуры путем обеспечения возвратного действия отражателя со стороны любой его грани.

Указанная цель достигается тем, что в уголковом отражателе,выполненном в форме тетраэдра, у которого один из трехгранных углов образован двугранными углами, равными л/2, л/2, л /4, три других трехгранных угла отражателя образованы двугранными углами, равными соответственно л/2; л/3; л /4;л /2; л/3; л/А И Я/2; Л/2; п /А.

На чертеже схематически показан предлагаемый уголковый отражатель.

Уголковый отражатель представляет собой стеклянную призму в форме тетраэдра и содержит четыре грани 1-4. Двугранные углы между гранями 1-4 равны по л/А, между гранями 1 и 3, 2 и 3, 1 и 4 - по л/2, и между гранями 2 и 4 - л/3. Трехгранные углы 5 и 6 образованы дву| ранными (л/2;

Я С

О 00

я/2; я/4) и трехгранные углы 7 и 8 образованы двугранными (jr/2; л /3; л /4).

Отражатель работает следующим образом.

Падающий пучок света в зависимости от направления падения входит в отражатель через одну из граней 1-4 и после ряда переотражений выходит из него в обратном направлении через ту же грань, что и вышел. При этом переотражение происходит на гранях трехгранного угла, противолежащего грани, через которую свет входит в отражатель.

Каждый трехгранный угол, из которых составлен отражатель/обладает свойством возвратного отражения. Этим и обусловлено расширение угловой апертуры.

Рассмотрим особенности формирования возвратного отражения в этих углах.

Если отражатель освещен таким обра- зом, что свет входит в него через грань 4, то в этом случае свет будет отражаться гранями 1, 2 и 3, образующими трехгранный угол 5 (л/2; л /2; л /4). Отражение на таком же угле 6 происходит, если свет входит в отражатель через грань 2. В соответствии с законами геометрической оптики трехгранный угол (тс/2; Л /2; л /4) после пятикратного переотражения формирует пучки, распространяющиеся в направлении, про- тивоположном падающему. Среди всех возможных способов прохождения граней 1, 2 и 3 - здесь можно выделить один базовый, например,

Я--Я-,0)

из которого все остальные могут быть получены циклической перестановкой входящих в него граней и добавление к ним (в силу закона Стокса об обратимости хода лучей) способов переотражения с противо- положной последовательностью прохождения граней.

При визировании отражателя в направлениях, проходящих через грань 1 или 3, свет будет падать на грани, образующие трехгранный угол 7 или 8, равный ( я/2; я/3; л/4). Независимо от направления падения входной пучок испытывает от граней угла 7 или 8 девятикратное переотражение и выходит из отражателя в направлении, обратном и коллинеарном исходному. Всего в зависимости от точки входа пучка в отражатель через грань 1 или 3 реализуется 42 различных варианта его распростране- ния. В одном из вариантов переотражения в угле 7, например, реализуется следующая последовательность прохождения граней: - 2 лЗ- - 2- 4- 2-эЗ- 4-- (2)

Эта последовательность по отношению ко всем остальным является базовой и все остальные способы переотражения получаются из нее циклической перестановкой граней, учитывая, что все они могут проходить как слева направо, так и наоборот, справа налево.

Величина суммарного телесного угла, в котором предлагаемый уголковый отражатель формирует пучки, обратные падающему, складывается из величин телесных углов, получающихся при прохождении грани 1- QI ; грани 2- грани З-fih и грани 4- Оц. Эти телесные углы определяют величину угловой апертуры уголкового, отражателя. В прототипе угловой апертуры определяется только углом QI , соответствующим отражению от угла ( л/2; л /2; я/4), являющимся одним из трехгранных углов предлагаемого отражателя. Поэтому в предлагаемом техническом решении угловая апертура будет заведомо больше, чем в прототипе

Офедл Ql+Q -fQ3-fQ)

2 Qi + 2 Qi О.(3)

Величина диапазона возвратного отражателя находится по формуле, которая в рассматриваемом случае имеет вид

4 2Я

/о +cosei)dpit (4)

1 10

где Qi - меридиональный угол визирования l-ой грани, fl - азимутальный угол визирования, определяемые для каждого i в соответствии с законами геометрической оптики. Конкретно 6( и fl находятся методом численного перебора всех возможных направлений визирования в соответствии с указанными способами переотражения для каждого трехгранного угла.

Рассмотрим конкретный случай, например, отражатель с п 2. Расчет по формуле (4) для предлагаемого отражателя в случае полного внутреннего отражения дзет Офедл 2 0,4535ог + 2 0.0227л: 0,9524 хл (стер) и в случае нарушения полного внут- реннего отражения редл 2х х1,0713л: + 2- 0,3897я + 2.932Я (стер). Для прототипа имеем, соответственно Qipor « 0.45357Г и &IPOT 1.0713Я (стер.), т.е. диапазон видимости предлагаемого отражателя по сравнению с прототипом увеличен более чем в 2 раза (на 110% и 173% соответственно).

Выбор конструкции предлагаемого отражателя позволяет формировать возвратно отраженные пучки при различных направлениях визирования, используя отражающие свойства каждого из четырех трехгранных углов, образующих отражатель. Это приводит к появлению диапазонов видимости принципиально не достижимых в прототипе и тем самым повышает эффективность работы предлагаемого отражателя.

Таким образом, предлагаемый уголковый отражатель формирует широконаправленную диаграмму углов возвратного отражения. Это позволяет существенно расширить диапазон видимости объектов, подвергаемых контролю, а также организовать локацию объекта с нескольких, взаимо- исключающихся при использовании прототипа, направлений. Это увеличивает

0

5

эффективность работы локационных систем.

Формула изобретения Уголковый отражатель, выполненный в форме тетраэдра, у которого один из трехгранных углов образован двугранными углами, равными jt /2, я /2 и я /4, отличающийся тем, что, с целью расширения угловой апертуры путем обеспечения возвратного действия отражателя со стороны любой его грани, три других трехгранных угла отражателя образованы двугранными углами, равными соответственно л /2, я /3, я /4; я/2, я /3, я /4 и я/2, я/2, я/4.

Изобретение может быть использовано в локации и системах связи для получения информации о параметрах движения объекта, на котором установлен уголковый отражатель. Цель изобретения состоит в расширении уголковой апертуры путем обеспечения возвратного действия отражателя со стороны любой его грани. Для этого в уголковом - отражателе, выполненном в форме тетраэдра, у которого один из трех- гранныхуглов образован двугранными углами, равными Л/2, л /2, л /А, три других трехгранных угла отражателя образованы двугранными углами, равными соответственно л/2, л /3, я /4, л:/2, п /3. л /4, и л/2, л/2, л/4.1 ил.