Уголковый отражатель



Уголковый отражатель
Уголковый отражатель
Уголковый отражатель
Уголковый отражатель
Уголковый отражатель
Уголковый отражатель

 


Владельцы патента RU 2458368:

Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения " (ОАО "НПК "СПП") (RU)

Изобретение относится к локационной технике и может быть использовано в качестве отражающего элемента в спутниковой лазерной дальнометрии для точного определения координат навигационных и геодезических спутников. Уголковый отражатель выполнен, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями 2, 3, 4 в форме треугольника, на которых имеется отражающее покрытие. На входную преломляющую грань 5 призмы нанесена диэлектрическая пленка в виде круговой зоны 6 с выполнением условия: Sкр.зоны=1/2Sвх.гр., где Sкр.зоны - площадь круговой зоны диэлектрической пленки, Sвх.гр. - площадь входной преломляющей грани призмы, причем диэлектрическая пленка выполнена, например, из окисла кварца с толщиной h, удовлетворяющей условию: h=λ/4(n-1), где λ - длина волны излучения, n - коэффициент преломления материала пленки, и нанесена с обеспечением получения кольцевой диаграммы направленности отраженного излучения. Технический результат - повышение надежности и точности локации за счет увеличения доли энергии, которая распределяется по периферии отраженного лазерного пучка, повышение соотношения «сигнал/шум». 6 ил.

 

Изобретение относится к локационной технике и может быть использовано в качестве отражающего элемента в спутниковой лазерной дальнометрии для точного определения координат навигационных и геодезических спутников.

Известен уголковый отражатель [1], выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла равны π/2, а третий - π/2(S+1), где s 1, 2, 3, 4. Длины его ребер R1, R2, R3 выбраны из соотношения R1:R2:R3=а:а:1.

Известен также призменный уголковый отражатель [2], выполненный в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой также равны π/2, π/2 и π/2(S+1), где S - целое положительное число, ребра отражателя выполнены с размерами Р1 и Р2, определяемыми из математических соотношений. Показатель преломления материала отражателя также определяется из приведенного соотношения.

Известные уголковые отражатели используются для обеспечения отражения лазерного излучения от различных объектов, в том числе спутников Земли, строго в обратном направлении на передатчик.

Недостатком известных технических решений является то, что за счет аберрации скорости отраженный луч возвращается со смещением, достигающим нескольких угловых секунд, которое зависит от орбиты спутника, при этом в известных уголковых отражателях [1] и [2]) основная часть энергии приходится на центр пятна и расходуется впустую.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является уголковый отражатель [3], выполненный, например, из кварца в виде призмы, боковые грани которой выполнены в форме треугольника, при этом на поверхности боковых граней призмы нанесен слой отражающего металлического покрытия, например, из алюминия или серебра, с выполнением условия Sпокр.общ.<Sгр.общ., где Sпокр.общ. - суммарная площадь отражающего покрытия, Sгр.общ. - суммарная площадь боковых граней призмы, причем уголковый отражатель выполнен с обеспечением формирования многолепестковой диаграммы направленности с периферийными пятнами освещенности в ее сечении.

В других вариантах выполнения уголка [3] отражающее металлическое покрытие нанесено с выполнением условия , где i=1-3, Sпокр.i. - площадь покрытия i-й боковой грани, Sгр.i.- площадь i-й грани призмы, или

нанесено с выполнением условия Sпокр.i.<Sгр.i., где i=1-3, Sпокр.i. - площадь покрытия i-й боковой грани, Sгр.i.- площадь i-й грани призмы.

Недостатками известного устройства [3] являются недостаточная точность и надежность локации для спутников, орбита которых находится на расстоянии примерно 19000 км от Земли.

Технический результат, заключающийся в повышении точности и надежности локации за счет увеличения доли энергии, которая распределяется по периферии отраженного лазерного пучка (по периферии диаграммы направленности), а также в повышении соотношения «сигнал/шум», достигается в предлагаемом уголковом отражателе, выполненном, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями в форме треугольника, на которых имеется отражающее покрытие, достигается тем, что на входную преломляющую грань призмы нанесена диэлектрическая пленка в виде круговой зоны с выполнением условия:

Sкр.зоны=1/2 Sвx.гр., где

Sкр.зоны - площадь круговой зоны диэлектрической пленки,

Sвx.гp. - площадь входной преломляющей грани призмы, причем диэлектрическая пленка выполнена, например, из окисла кварца с толщиной h, удовлетворяющей условию: h=λ/4(n-1), где λ - длина волны излучения, n - коэффициент преломления материала пленки, и нанесена с обеспечением получения кольцевой диаграммы направленности отраженного излучения.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

- на фиг.1 показан вид на боковую грань отражательного уголка;

- на фиг.2 показан вид на входную грань уголка;

- на фиг.3 показан вид на входную грань уголка;

- на фиг.4 показан уголок в разрезе с падающим и отраженным лазерным излучением;

- на фиг.5 приведена дифракционная картина в дальней зоне;

- на фиг.6 показана зависимость освещенности от углового расстояния до оси отраженного пучка от УО с пленкой, нанесенной на входную грань.

Уголковый отражатель выполнен в виде призмы 1 (фиг.1) с тремя боковыми гранями 2, 3 и 4 и входной фронтальной гранью 5.

На входную фронтальную грань 5 наносится тонкая пленка 6 из окисла кремния круглой формы площадью Sкр.зоны таким образом, чтобы она закрывала половину площади Sвx.гp. входной грани 5 уголкового отражателя.

Предлагаемый уголковый отражатель работает следующим образом.

Пучок падающего лазерного излучения 9 (фиг.4) входит в уголковый отражатель 1 через его входную (фронтальную) грань 5. После полных внутренних отражений от боковых граней 2, 3 и 4 пучок отраженного лазерного излучения выходит из отражателя 1 через фронтальную грань 5 в направлении 10, противоположном направлению падения.

Для спутников навигационной системы ГЛОНАСС оптимальная форма распределения освещенности имеет вид кольца с угловым расстоянием до оси, примерно равным пяти угловым секундам (фиг.5).

Дифракционная картина в дальней зоне и зависимость освещенности от углового расстояния до оси отраженного пучка от уголкового отражателя 1 с пленкой 6, нанесенной на входную грань 5, показаны на фиг.6.

Толщина пленки 6 должна обеспечивать сдвиг фаз между центральным и периферийным пучком, равный π. Интерференция этих параллельных пучков в дальней зоне (на бесконечности) приводит к выдавливанию энергии на периферию отраженного пучка.

Уголковый отражатель с нанесенным на его грань рисунком покрытия является радиальным амплитудно-фазовым дифракционным элементом, свойства которого зависят от состояния поляризации падающего излучения. Это обеспечивает в дальней зоне особый вид диаграммы направленности и позволяет управлять как ее угловой шириной, так и распределением энергии внутри нее.

Ретрорефлекторные системы на базе уголковых отражателей устанавливаются на геодезических и навигационных спутниках для отражения луча лазерного дальномера. Измерение времени пути лазерного импульса позволяет с высокой точностью определить параметры орбиты спутника и координаты наземного пункта. Боковые грани 2,3,4 уголкового отражателя 1, как правило, выполняются с металлическим покрытием из алюминия или серебра. Если все двугранные углы при этом не имеют отклонений от 90°, то распределение интенсивности отраженного света в дальней зоне представляет собой дифракционную картину Эйри с угловой шириной центрального максимума между первыми нулями 2γ≈2,44λ/D, где D - диаметр апертуры УО.

Специфика применения УО в системах спутниковой дальнометрии заключается в том, что отраженный лазерный луч отклоняется от направления на передатчик вследствие так называемого явления скоростной аберрации, причем величина угла отклонения составляет 2 u/с, где u - тангенциальная составляющая скорости движения спутника, а с - скорость света. Это отклонение зависит от высоты орбиты спутника и может достигать при небольших высотах примерно 10 угловых секунд, что означает смещение центра светового пятна на поверхности Земли на десятки-сотни метров от передатчика. Следовательно, для работы дальномерной системы необходимо, чтобы энергия отраженного лазерного пучка была сосредоточена не на оптической оси, а на его периферии.

Уголковый отражатель выполнен из кварца.

Геометрические размеры: каждая грань представляет собой треугольник со сторонами 24 мм, при этом углы граней срезаны для удобства закрепления.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение №2020668, М. кл. H01Q 15/18, опубл. 30.09.1994.

2. Патент РФ на изобретение №2101740, М. кл. H01Q 15/18, опубл. 30.09.1994.

3. Патент РФ на полезную модель №84141, МПК G02B 5/122, опубл. 27.06.2009.

Уголковый отражатель, выполненный, например, из кварца в виде призмы с боковыми гранями в форме треугольника, на которых имеется отражающее покрытие, отличающийся тем, что на входную преломляющую грань призмы нанесена диэлектрическая пленка в виде круговой зоны с выполнением условия
Sкр.зоны=1/2Sвх.гр.,
где Sкр.зоны - площадь круговой зоны диэлектрической пленки,
Sвх.гр. - площадь входной преломляющей грани призмы,
причем диэлектрическая пленка выполнена, например, из окисла кварца толщиной h, удовлетворяющей условию h=λ/4(n-1), где λ - длина волны излучения, n - коэффициент преломления материала пленки, и нанесена с обеспечением получения кольцевой диаграммы направленности отраженного излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к высокоточным оптическим устройствам, предназначенным для отклонения оптического пучка в пространстве с постоянным углом, и может быть использовано при проверке параллельности двух осей многоканальных оптических приборов, в том числе, предназначенных для работы в инфракрасной области спектра.

Изобретение относится к области навигации, а именно к обнаружению малых морских объектов. .

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.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в качестве отражающего элемента в интерферометрах, светодальномерах с модуляцией света по поляризации, в ретрозеркалах лазеров.

Изобретение относится к локационной технике и оптическому приборостроению и может использоваться в системах ориентации и локации, в интерферометрах, дальномерах и лидарах.
Способ юстировки осуществляют путем разворота отражающих плоскостей полого трехгранного уголкового отражателя с боковым переносом для достижения угла между каждой парой из трех граней девяноста градусов. Используют установку, состоящую из коллиматора, в фокальной плоскости которого установлена светящаяся марка, и зрительной трубы, оптическая ось которой параллельна оптической оси коллиматора и удалена от оптической оси коллиматора на плечо бокового переноса. Направляют излучение от коллиматора на уголковый отражатель, установленный на подвижном основании, и наблюдают изображение светящейся марки в окуляр зрительной трубы. Разворачивают уголковый отражатель на определенный угол, измеряют уход изображения светящейся марки. Юстируют двугранные углы между отражающими гранями и добиваются неподвижности изображения светящейся марки при любых разворотах уголкового отражателя вокруг трех осей. Технический результат - упрощение способа юстировки.

Изобретение может быть использовано в ретрорефлекторных системах (PC) космических аппаратов. Кольцевая ретрорефлекторная система состоит из уголковых отражателей с пирамидальной вершиной и основанием, на боковых гранях которых имеется отражающее покрытие. В каждом уголковом отражателе один из трех двугранных углов при вершине выполнен с заданным отступлением от 90°. Вершины уголковых отражателей расположены равномерно по окружности так, что основания уголковых отражателей расположены в одной плоскости. Каждый уголковый отражатель развернут таким образом, чтобы проекция ребра двугранного угла уголкового отражателя, выполненного с заданным отступлением от 90°, на плоскость составляла с касательной к окружности одинаковые углы для всех уголковых отражателей. Проекции диаметрально противоположных ребер двугранных углов уголковых отражателей, выполненных с заданным отступлением от 90°, параллельны. Технический результат - повышение точности измерения расстояния до центра РС и возможность ее использования в одноосно ориентированных спутниках, например, ГЛОНАСС. 3 ил.

Изобретение относится к области оптических устройств отслеживания положения/ориентации шлема и, в частности, таких устройств, в которых шлем не содержит ни передатчиков, ни приемников, а только пассивные оптические компоненты, обнаружение которых обеспечивают неподвижные оптоэлектронные средства, внешние по отношению к шлему. Оптический компонент для оптического устройства отслеживания положения/ориентации шлема в соответствии с изобретением содержит специальный оптический уголковый отражатель. Он содержит призму в виде трехгранника с тремя прямыми углами, при этом каждая из трех плоских поверхностей трехгранника содержит пластину с плоскими и параллельными между собой гранями, при этом первая грань совпадает с плоской поверхностью, на которой она находится, при этом граница раздела между этой первой гранью и упомянутой поверхностью имеет полуотражающую обработку. Технический результат - повышение точности отслеживания положения/ориентации шлема при различных освещённостях. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к вариантам оптических систем отражателей для лазерной локации и дальнометрии. Решение основано на том, что в конструкцию отражателя введены оптический клин из двулучепреломляющего одноосного оптического материала и четвертьволновая фазовая пластинка. Причём указанный клин установлен на входе в отражатель так, чтобы оптическая ось его материала находилась в плоскости, перпендикулярной оптической оси отражателя. Отклонение света производится оптическим клином после его двукратного прохождения через четвертьволновую пластинку. Величина отклонения зависит от величины угла при вершине клина и его показателя преломления. Технический результат изобретения состоит в улучшении энергетических характеристик светового потока, отраженного от ретроотражателя и направленного к месту расположения источника и приемника, за счет компенсации отклонения светового потока, вызванного скоростной аберрацией. 4 н.п., 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение касается оптического отражателя для оптических систем лазерной локации и дальнометрии. Оптический отражатель состоит из двух соединенных между собой пар пирамида - выпуклый многогранник. Указанное соединение обеспечивает образование двух трехгранных углов, направленных в противоположные стороны. Каждая пирамида имеет квадратное основание, две боковые грани пирамиды перпендикулярны основанию, а их общая грань равна стороне квадрата. Каждый многогранник имеет основание в виде прямоугольной трапеции. Причём меньшая из параллельных сторон основания и высота трапеции равна стороне квадрата, лежащего в основании пирамиды, большая из параллельных сторон трапеции в два раза превосходит ее меньшую параллельную сторону. Одна из боковых граней многогранника, проходящая через большую из параллельных сторон трапеции, перпендикулярна основанию многогранника, и представляет собой прямоугольную трапецию, равную трапеции, лежащей в основании многогранника. Технический результат изобретения состоит в направлении его к месту расположения двух диаметрально противоположно ориентированных систем, состоящих из источника и приемника с учётом скоростной аберрации. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх