Призменный уголковый отражатель Советский патент 1992 года по МПК G02B5/122 

(Л

С

Использование: в качестве отражающего элемента в навигационных знаках, даль- нометрах, при контроле за движением и вибрацией. Сущность изобретения: в приз- менном уголковом отражателе, выполненном из прозрачного монолитного блока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями,фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении Ri;R2:R3 а:а:1, где величина а связана с показателем преломления п математическими зависимостями. 2 ил.

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 прямоугольный трехгранный отражатель возвратного действия, выполненный в виде стеклянной призмы с металлизированными отражающими гранями. Однако при работе в сложных условиях или при воздействии мощного излучения металлическое покрытие может выйти из строя. Кроме того, при трехкратном отражении от металла теряется до 40% энергии падающей волны.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является прямоугольный трехгранный уголковый отражатель, действующий в режиме полного внутреннего отражения. Однако этот отражатель имеет малую осевую силу отраженного света.

Цель изобретения - получение максимальной осевой силы отраженного света при сохранении габаритно-весовых характеристик уголкового отражателя.

Цель достигается тем, что в призменном уголковом отражателе, выполненном из прозрачного монолитного блока в форме трехгранной пирамиды стремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями, согласно изобретению фронтальная грань отражателя ограничивает длины его боковых ребер в отношении

XJ VJ

S

Ј О 00

Ri:R2:R3 a:a:1.

0)

где величина а определяется через показатель Преломления материала п следующим образом:

а 0,83бп3- 4.843п2 + 9,847п - 5,547 при 1,4 п 1,9и

а -0.303п3 + 2,019п2-3,242п +2,366 при 1.9 п 2,5.

Заявляемое устройство соответствует критерию новизна, так как характеризуется наличием нового признака, а именно спе- циальным 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 - формированию отраженного излучения с максимально возможной осевой силой.

На фиг. 1 приведен общий вид предлагаемого устройства. Оно выполнено в форме трехгранной пирамиды 1 с тремя боковыми отражающими гранями 2-4 и входной фронтальной гранью 5. Двугранные углы между гранями 2иЗ. 2и4, Зи4 равны п 12. На гранях 2-4 свет испытывает полное внутреннее отражение. Длина бокового ребра б между гранями 2 и 4 равна RI ребра 7 между гранями 3 и 4 - R2, ребра 8 между гранями 2 и 3 - Нз. Длины боковых ребер б, 7 и 8 связаны соотношением (1). Совокупность точек входа и выхода света из отражателя 1 образует его рабочую апертуру 9 (граница рабочей апературы 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). Рабочая апертура 9 состоит из совокупности шести секторов 10-15, границы между которыми совпадают с проекциями на фронтальную грань 5, в направлении, перпендикулярном к ней, боковых ребер 6-8 отражателя и их зеркальных изображений в боковых гранях 2-4. В скобках показаны последовательности прохождения светом боковых граней 2, 3 и 4 при выходе из сответствующего сектора рабочей апертуры.

На фиг. 2 приведена кривая 16. характеризующая конструкцию заявляемого отражателя, т.е. зависимость соотношения длин боковых ребер Ri/Яз от показателя преломления п материала отражателя, в соответствии с формулой (1).

Устройство работает следующим образом. Падающий коллимированный пучок света входит в отражатель 1 через его рабочую апертуру 9 и после трех полных внутренних отражений от граней 2-4 выходит из отражателя в направлении, противоположном направлению падения. При полностью осевещенной рабочей апертуре 9 падающий пучок разделяется в отражателе на шесть парциальных пучков, которые распространяются в нем различными путями. В соответствии с этим выходной пучок представляет собой суперпозицию шести пространственно разнесенных пучков. При полных внутренних отражениях от боковых граней 2, 3 и 4 происходят изменения амплитудно-фазовых характеристик волны. Эти изменения зависят от показателя преломления материала отражателя, состояния поляризации падающего света, набора углов падения волн на отражающие грани (геометрии отражателя), а тажке последовательности переотражения волн от граней.

Поэтому сектора 10-15 рабочей апертуры отражателя выступают как отдельные оптические элементы, формирующие волны с различными состояниями поляризации. Распределение энергии отраженного излучения относительно оси визирования в зоне дифракции Фраунгофера, определяющее эффективность действия призменного уголкового отражателя в оптических приборах и локационных системах, обусловлено интерференцией шести парциальных пучков. Осевая сила света, т.е. интесивность в центре дифракционной картины, равна по величине квадрату модуля среднего по площади апертуры значения вектора Джонса выходного излучения

Si

i г

- |2 i i V 1 г- -& И ЕР i Г°

(2)

где So - площадь всей рабочей апертуры 9; Si - площадь 1-го сектора рабочей апертуры (10-15); Esi и Epi -ортогональные компоненты вектора Джонса волны, выходящей из 1-го сектора. Параметры заявляемого устройства (соотношение длин боковых ребер) оптимизированы таким образом, что оно формирует отраженное излучение с максимально возможной для данного показателя преломления осевой силой, независимо от

состояния поляризации падающей волны, сохраняя при этом габаритно-весовые характеристики прототипа. Под сохранением габаритно-весовых характеристик понимается выполнение одного из шести условий 5 фиг. 1):

1)сохранение массы (объема) отражателя VOABC:

2)сохранение площади отражающих граней10

Sorp SCAB + SOAC + SOBC:

3)сохранение площади фронтальной грани SABC-.

4)сохранение площади рабочей апертуры SDEFGHJ;15

5)сохранение полезной массы (объема) отражателя

Vncm VOABC VCDEI - VAHKJ - VBGLF;

6)сохранение полезной площади отражающих граней20

Зпол Зотр - SAHK - SAKJ - SBGL - SBFL - Scoi - SCEI.

В качестве примера исполнения рассмотрим призменный уголковый отражатель, изготовленный из стекла с 25 показателем преломления п 1,75. Конструктивно, в зависимости от сохраняемой га- баритно-весовой характеристики, он выполняется следующим образом:

1)Ri R2 1,101 L, R3 0,825L;30

2) R i R2 + 1,096L, Нз 0,821 L;

3)Ri R2 1.090L Rз 0.817L: 4) 1,1981, R3 0,897L;

( 0.430L, 01 0.800L)

5)Ri Ra 1,159L, R3 0,868L;35

( 0,4161, OI 0,774L)

6) Ri R2 1-182L, R3 0.885L;

( 0.425L. Ol 0,789L).

Во всех случаях отношение Ri/Rs 1,335 довлетворяет (1), а осевая сила света со- 40 гласно (2) равна I 0,412, что является макимально возможной величиной при анном показателе преломления и на 4%

больше, чем у прототипа (Ri - R2 Ra L, 1прот 0,397). На фиг. 2 приведены значения I в зависимости от п для заявляемого устройства (кривая 17). Кривая 18 соответствует аналогичной зависимости для прототипа. Изфиг.-2 непосредственно видно, что достигаемое увеличение осевой силы тем выше, чем больше показатель преломления. Например, для п 1,51 0,2934,1Прот 0,2915, рост на 1 %, а для п 2,0 I 0.4826, Прот 0,4541, рост на 6%.

Таким образом, предлагаемый призменный уголковый отражатель уменьшает расходимость отраженного излучения. Это приводит к увеличению дальности действия локационных систем и повышает четкость изображения, формируемого оптическими приборами, в которых отражатель используется в качестве световозвращающего элемента.

Формула изобретения

Призменный уголковый отражатель, выполненный из прозрачного монолитного блока в форме трехгранной пирамиды с тремя взаимно перпендикулярными отражающими гранями, отличающийся тем, что, с целью получения максимальной осевой силы отраженного света при сохранении габаритно-массовых хатактеристик, ребра прямого трехгранного угла относятся, кака:а:1, где величина а связана с показателем преломления материала п следующим образом:

а 0,836п3 - 4,843п2 + 9,847п - 5,547 при 1,4 п 1,9 и

а -0,303п3 + 2,019п2-3,242п + 2,366при 1.9 п 2,5.

7

Л

Фиг.I.

6

1

ч

0,5

0,$

о,г

,

Л

Фиг.2.

/,д

и

4,5

г,г г,Ь

п