역반사기

Retroreflector
"Retro-Reflection"은 여기서 리다이렉트됩니다.아트 프로젝트의 경우 역반사(아트 프로젝트)를 참조하십시오.
역반사기
Corner-Cube.jpg
골드 코너 큐브 역반사기
사용하다거리 측정
광지연선에 의해

역반사기(retroflexter 또는 cataphote라고도 함)는 최소한의 산란으로 방사선(일반적으로 빛)을 선원으로 반사하는 장치 또는 표면이다.이것은 평면 거울과는 달리 넓은 입사각도에서 작동하는데, 이는 거울이 파동 전면에 정확히 수직이고 입사각이 0일 때만 작동합니다.방향을 바꿀 때 역방향 변환기의 반사는 확산 반사기의 반사보다 밝다.가장 많이 사용되는 종류는 코너 리플렉터와 고양이 눈 리플렉터입니다.

종류들

역반사를 [1]얻는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

코너 리플렉터

코너 리플렉터의 작동 원리
3개의 광선에 대한 모서리(1)와 구형(2) 역반사기의 효과 비교.반사 표면은 짙은 파란색으로 그려집니다.
주요 기사: 코너 리플렉터

큐브의 내부 모서리를 형성하기 위해 배치된 서로 수직인 3개의 반사 표면 세트는 역반사기로 작동합니다.모서리 측면에 해당하는 세 개의 정규 벡터는 임의의 입사 광선의 방향을 나타내는 기저(x, y, z)를 형성합니다 [a, b, c].광선이 첫 번째 측면에서 반사될 때, 예를 들어 광선의 x 성분 a는 -a로 반전되지만 y 성분과 z 성분은 변경되지 않습니다.따라서 광선이 x변에서 먼저 반사된 후 y변에서 z변에서 반사됨에 따라 광선의 방향은 [a, b, c]에서 [-a, b, c]로 이동하고 방향의 세 성분이 모두 완전히 반전된 상태에서 코너를 떠난다.

코너 리플렉터는 두 가지 종류가 있습니다.보다 일반적인 형태에서 코너는 말 그대로 기존의 광학 유리와 같은 투명 재료의 큐브에서 잘린 코너입니다.이 구조에서 반사는 외부 입방체 표면의 전체 내부 반사 또는 은도금에 의해 달성된다.두 번째 형태는 서로 수직인 평면 미러를 사용하여 공간을 브래킷으로 묶습니다.이들 2종류의 광학적 특성은 유사합니다.

표준 육각형 타일을 사용하여 다수의 작은 코너 리플렉터를 조합함으로써 비교적 얇은 역반사체를 형성할 수 있다.

고양이의 눈

투명구형 역반사체의 아이샤인이 고양이 눈에 선명하게 보입니다.
주요 기사:고양이의 눈(도로)

또 다른 일반적인 유형의 역반사기는 반사면을 가진 굴절광학소자로 구성되어 굴절광학소자의 초점면이 반사면(일반적으로 투명한 구체 및 (선택적으로) 구면거울과 일치하도록 배치되어 있다.근축근사에서는 방사선이 입사하는 매체의 굴절률i n에 정확히 1을 더한 경우(n은i 공기의 경우 1 전후) 단일 투명구면에서의 최저발산으로 이 효과를 얻을 수 있다.이 경우 구면은 역반사에 필요한 곡률을 가진 오목한 구면거울로 동작한다.실제로 최적의 굴절률은 몇 가지 요인에 의해 n + 1 2 2보다i 낮을 수 있다.예를 들어 조명 각도와 관측 각도가 다른 도로 표지판의 경우처럼 불완전하고 약간 다른 역반사를 갖는 것이 바람직할 수 있다.구면 수차로 인해 입사선이 구면 이면의 중심에 집중되는 중심선으로부터의 반경도 존재합니다.마지막으로 지표가 높은 재료는 플레넬 반사계수가 높기 때문에 지표가 높아질수록 주위로부터의 빛과 구체의 결합 효율이 떨어진다.따라서 시판되는 역반사 비즈는 약 1.5(일반 유리 형태)에서 약 1.9(일반 티탄산바륨 유리)까지 지수가 다양합니다.

구면 고양이 눈의 구면 수차 문제는 루네부르크 렌즈 설계와 같이 구면 내에서 구면 대칭 지수 구배와 같은 다양한 방법으로 해결할 수 있다.실질적으로 이것은 동심원구계로 [2]근사할 수 있다.

코팅되지 않은 구의 뒷면 반사가 불완전하기 때문에 반사율을 높이기 위해 역반사구의 뒷면에 금속 코팅을 입히는 것이 일반적이지만 역반사는 구체가 특정 방향으로 향할 때만 작동한다는 것을 의미한다.

고양이 눈 역반사기의 다른 형태는 투명한 구체보다는 곡선 거울에 초점을 맞춘 일반 렌즈를 사용하지만, 이러한 유형은 역반사하는 입사각의 범위가 훨씬 더 제한적이다.

고양이의 눈은 고양이의 눈 역반사체와 고양이와 다른 척추동물에서 잘 알려진 "빛나는 눈" 또는 아이샤인 현상을 만들어내는 광학계의 유사함에서 유래했다.눈의 수정체와 각막의 조합은 굴절 수렴계를 형성하고, 망막 뒤에 있는 태피텀 루시덤은 구형 오목 거울을 형성합니다.눈의 기능은 망막 상에 상을 형성하는 것이기 때문에 멀리 있는 물체에 초점을 맞춘 눈은 좋은 역반사를 형성하기 위해 필요한 조건인 반사성 태피텀 루시덤 [citation needed]구조를 거의 따르는 초점면을 가진다.

이러한 유형의 역반사기는 얇은 시트 또는 페인트에 통합된 이러한 구조의 많은 작은 버전으로 구성될 수 있다.유리구슬을 포함한 도료는 역반사가 필요한 표면에 비드를 부착하고 비드가 돌출된 직경을 도료의 약 2배 두께로 한다.

위상공역거울

역반사기를 생산하는 세 번째, 훨씬 덜 일반적인 방법은 위상 공역의 비선형 광학 현상을 사용하는 것입니다.이 기술은 고출력 레이저 및 광전송선 등의 첨단 광학 시스템에서 사용됩니다.위상공역미러는[3] 입사파를 반사하여 반사파가 이전에 취했던 경로를 정확히 따르도록 하며, 비교적 비싸고 복잡한 장치 및 대량의 전력을 필요로 합니다(비선형 광학 프로세스는 충분한 강도에서만 효율적일 수 있기 때문입니다).그러나 위상공역미러는 역반사 방향에서 본질적으로 훨씬 더 높은 정확도를 가지고 있으며, 패시브 요소에서는 구조의 기계적 정확도에 의해 제한된다.

작동

그림 1 – 관찰 각도
그림 2 – 입구 각도
자전거 역반사기

역반사기는 동일한 광원을 따라 빛을 다시 광원으로 되돌려 작동시키는 장치입니다.광도 계수 R은I 반사기 성능의 측정값으로 반사기 위에 떨어지는 빛의 양에 대한 반사광 강도(광도)의 비율로 정의된다.리플렉터는 R 값이I [1]증가할수록 더 밝게 나타납니다.

반사체의I R 값은 반사체의 색상, 크기 및 상태에 따라 달라집니다.투명 리플렉터 또는 흰색 리플렉터가 가장 효율적이며 다른 색상보다 밝게 보입니다.반사체의 표면적은 반사 표면이 [1]증가함에 따라 증가하는 R 값에I 비례한다.

RI 값은 관찰자, 광원 및 반사체 사이의 공간 기하학 함수이기도 합니다.그림 1과 2는 자동차의 전조등, 자전거, 운전자 사이의 관측각과 진입각을 보여줍니다.관측 각도는 조명 빔과 운전자의 시선에 의해 형성되는 각도입니다.관측각은 전조등과 운전자 눈 사이의 거리 및 반사체까지의 거리에 대한 함수이다.교통 엔지니어들은 0.2도의 관측 각도를 사용하여 승용차 앞 약 800피트 지점에서 반사 목표물을 시뮬레이션합니다.관측 각도가 커지면 반사기 성능도 저하됩니다.예를 들어, 트럭은 승용차에 비해 전조등과 운전자의 눈 사이의 간격이 크다.자전거 리플렉터는 차량에서 [1]리플렉터까지의 동일한 거리에 있는 트럭 운전자보다 승용차 운전자에게 더 밝게 보입니다.

그림 2와 같이 반사경의 광빔과 법선 축이 입사 각도를 형성한다.입사각은 광원에 대한 반사체의 방향 함수이다.예를 들어 90도 간격으로 교차로에서 자전거에 접근하는 자동차의 진입각은 직선도로에서 자동차 바로 앞 자전거의 진입각보다 크다.반사경은 광원과 [1]직결될 때 관찰자에게 가장 밝게 나타난다.

반사체의 밝기는 또한 광원과 반사체 사이의 거리의 함수이다.주어진 관찰 각도에서 광원과 반사체 사이의 거리가 줄어들면 반사체에 떨어지는 빛은 증가한다.이렇게 하면 관찰자에게 되돌아오는 빛의 양이 증가하고 반사경은 더 [1]밝게 보입니다.

적용들

온로드

참고 항목: 올림 포장 마커
자전거 역반사기와 캣아이
자전거 신발의 역반사.광원은 카메라 렌즈에서 몇 센티미터 위의 섬광이다.
반사 스티커가 부착된 자동차

역반사(때로 역반사라고도 함)는 도로 표면, 도로 표지판, 차량 및 의류(특수 안전 의복 표면의 큰 부분, 일반 코트보다 적은 부분)에 사용됩니다.자동차의 헤드라이트가 역반사 표면을 비추면 반사된 빛은 (확산 반사와 같이 모든 방향으로가 아니라) 자동차와 운전자를 향합니다.그러나 보행자는 반사체와 반사체 사이에 직접 광원이 있거나(예: 손전등을 통해) 반사체 바로 뒤에 있는 경우에만(예: 뒤에서 접근하는 자동차를 통해) 역반사 표면을 어둠 속에서 볼 수 있다."고양이의 눈"은 노면에 내장된 특정 유형의 역반사기로 주로 영국과 미국 일부 지역에서 사용된다.

코너 리플렉터는 원거리에서의 빛을 소스로 되돌리는 데 뛰어난 반면, 구체는 헤드라이트로부터의 빛이 운전자의 눈에 반사될 때처럼 소스에서 약간 축을 벗어나 리시버에 빛을 보내는 데 더 우수하다.

역반사기는 노면(노면과의 수평)에 삽입하거나 노면 위로 올릴 수 있습니다.상승 반사체는 매우 먼 거리(일반적으로 0.5-1km 이상)에서 볼 수 있는 반면, 움푹 들어간 반사체는 빛을 적절히 반사하는 데 필요한 높은 각도로 인해 매우 가까운 범위에서만 볼 수 있다.융기 반사경은 일반적으로 겨울에 정기적으로 눈이 내리는 지역에서는 사용되지 않는다. 왜냐하면 제설기를 통과하면 도로에서 떨어져 나갈 수 있기 때문이다.매립물 위를 달리는 자동차로 인한 도로에서의 스트레스도 마모와 포트홀 형성을 가속화하는 원인이 된다.

역반사 도로 페인트는 제설기 통과에 영향을 받지 않고 도로 내부에 영향을 미치지 않기 때문에 캐나다와 미국 일부 지역에서 매우 인기가 있다.날씨가 허락하는 경우, 매립형 또는 융기형 역반사기가 도로 페인트보다 훨씬 오래 지속되므로 선호된다. 도로 페인트는 요소에 의해 풍화되며 침전물이나 비에 의해 가려질 수 있으며 차량의 통행에 의해 갈릴 수 있다.

표지판의 경우

교통 표지판 및 차량 운영자의 경우, 광원은 차량의 전조등이며, 여기서 빛이 교통 표지판 면으로 전송된 다음 차량 운영자에게 돌아옵니다.역반사 교통표지판은 얼굴이 빛을 반사하도록 유리구슬 또는 프리즘 반사체를 베이스시트층에 매설하여 제작되므로 어두운 조건에서 차량 운전자가 보다 밝고 잘 볼 수 있다.미국 고속도로교통안전국(NHTSA)에 따르면, 교통안전 사실 2000 간행물은 주간 사고보다 야간 충돌 시 사망률이 3~4배 더 높다고 한다.

많은 사람들이 가지고 있는 오해는 역반사율이 야간 여행 중에만 중요하다는 것이다.그러나 최근 몇 년 동안 비나 눈과 같은 악천후에는 헤드라이트를 켜야 한다고 요구하는 주와 기관이 늘고 있다.미국 연방 고속도로 관리국(FHWA)에 따르면, 모든 차량 사고의 약 24%가 악천후(비, 진눈깨비, 눈 및 안개) 중에 발생합니다.비의 상태는 날씨 관련 사고의 47%를 차지한다.이 통계는 1995년부터 2008년까지의 14년 평균에 근거하고 있다.

FHWA의 '일률적인 교통통제장치 매뉴얼'은 표지판을 비추거나 역반사 시트로 만들도록 규정하고 있으며 미국 내 표지판은 대부분 역반사 시트로 만들어지지만 시간이 지날수록 품질이 떨어진다.지금까지 역반사율이 얼마나 지속되는지 판단할 수 있는 정보는 거의 없었다.현재 MUTCD는 교통신호를 최소 수준으로 유지하되 기관이 컴플라이언스를 위해 사용할 수 있는 다양한 유지관리 방법을 제공하도록 요구하고 있습니다.최소 역반사율 요건은 기관이 모든 징후를 측정해야 한다는 것을 의미하지는 않는다.새로운 MUTCD 언어에서는 트래픽사인 역반사율을 최소 수준 이상으로 유지하기 위해 에이전시가 사용할 수 있는 방법이 기술되어 있습니다.

캐나다에서 공항 조명은 적절한 색상의 역반사기로 대체할 수 있으며, 가장 중요한 것은 활주로 가장자리를 묘사하는 흰색 역반사기로 최대 2해리 떨어진 [4]곳에 착륙등이 장착된 항공기로 볼 수 있어야 한다.

선박, 보트, 비상 장비

역굴절 테이프는 빛과 레이더 신호의 반사율이 높기 때문에 국제 해양 생명 안전 협약(SOLAS)에서 인정하고 권장하고 있습니다.구명 뗏목, 개인 부양 장치 및 기타 안전장비에 적용되어 야간에도 물속의 사람이나 물체를 쉽게 찾을 수 있습니다.보트 표면에 적용하면 특히 자체적으로 레이더 반사가 거의 발생하지 않는 섬유 유리 보트의 경우 더 큰 레이더 시그니처가 생성됩니다.이는 국제해사기구 규정 IMO Res. A.658(16)을 준수하며 미국 해안경비대 규격 46 CFR Part 164, Subpart 164.018/5/0을 충족한다.시판되는 제품의 예로는 3M 부품 번호 3150A와 6750I, Orafol Ouralite FD1403 등이 있습니다.

측량

후면 타깃이 있는 전형적인 측량 프리즘

측량 시 역반사기(일반적으로 프리즘이라고 함)는 일반적으로 측량 폴에 부착되며, 예를 들어 총 측점을 사용하여 거리 측정 대상으로 사용됩니다.계측기 조작자 또는 로봇이 역반사기에 레이저 빔을 조준합니다.계측기는 빛의 전파 시간을 측정하여 거리로 변환합니다.프리즘은 측량 및 3D 점 모니터링 시스템과 함께 사용하여 점의 표고 및 위치 변화를 측정합니다.

우주에서

온 더 문

주요 기사:달 및 달 레이저 거리 측정 실험 역반사기 목록
아폴로 11호 달 레이저 거리 측정 실험

아폴로 11호, 14호, 15호의 우주비행사들은 달 레이저 거리 측정 실험의 일환으로 달에 역반사기를 남겼다.소련의 루노호드 1호와 루노호드 2호 탐사선도 소형 어레이를 운반했다.루노크호드 1호로부터 반사신호를 처음 수신했지만 1971년부터 2010년까지 적어도 달에서의 위치 불확실성 때문에 귀환신호는 검출되지 않았다.2010년 달 탐사선 사진에서 발견돼 역반사선이 다시 사용되고 있다.루노크호드 2호의 배열은 계속해서 [5]지구로 신호를 반환합니다.보기 좋은 조건에서도 몇 초마다 하나의 반사광자만 수신된다.따라서 자연 발생 광자에서 레이저로 생성된 광자를 필터링하는 것이 어렵습니다.[6]

화성에서

이와 유사한 장치인 LaRA(Laser Retroreflector Array)가 Mars Perturance 탐사선에 통합되었습니다.역반사기는 이탈리아 국립원자력물리학연구소가 설계한 것으로 이탈리아 우주국을 대표해 제작됐다.

Mars Perturance 탐사선 - LaRA - (예술품)

위성에서

상세 정보:위성 레이저 측거

많은 인공위성은 역반사기를 탑재하여 지상국에서 추적할 수 있다.일부 위성은 레이저 측거만을 위해 제작되었다.LAGEOS 또는 Laser Geodynamics Satellite는 지구의 [7]지구역학적 연구를 위해 궤도를 도는 레이저 거리 측정 기준을 제공하도록 설계된 일련의 과학 연구 위성이다.LAGEOS-1[8](1976년 발사)과 LAGEOS-2(1992년 발사) 두 개의 LAGEOS 우주선이 있다.그들은 실리카 유리를 녹인 큐브 코너 역반사기를 사용한다.2020년 현재, 두 LAGEOS 우주선은 여전히 [9]운행 중이다.역반사기를 탑재한 3개의 스타샤인 위성이 1999년부터 발사되었다.LARES 위성은 2012년 2월 13일에 발사되었다(레이저 측거 위성 목록 참조).

다른 위성을 비롯한 위성 항법(예를 들어, 모든 갈릴레오 satellites,[12]대부분의 글로나스 satellites,[13]IRNSS satellites,[14]BeiDou,[15]QZSS,[16]와 두개의 GPSsatellites[17])에 궤도 calibration[10]및 궤도 determination,[11]에 retroreflectors뿐만 아니라 위성 중량 측정에(GOCE[18])위성 고도 측량(예:TOPEX/Poseid을 포함한다.에, Sentinel-3[19]cm이다.역반사기는 지상 추적(예: GRACE-FO)[20] 대신 위성 간 레이저 범위 설정에도 사용할 수 있다.

그 BLITS(볼 렌즈 공간에서)구면 레이저 광선 역 반사 장치 위성 궤도로 연방 우주 청과 러시아의 국제 레이저 거리 측정 서비스는 독립된 몸은 원래 국제 측 지학 협회, 국제 Astrono으로 구성된 협조에 의해는 2009년 9월 소유즈 launch[21]의 일환으로 있었다.운모l 연합 및 국제 위원회.[22]ILRS 중앙 사무국은 미국의 고다드 우주 비행 센터에 위치해 있다.루네부르크 렌즈의 일종인 반사경은 모스크바의 정밀계기공학연구소(IPIE)에 의해 개발 및 제조되었다.이 임무는 2013년 우주 [23][24]잔해와의 충돌로 중단되었다.

자유 공간 광통신

시간 경과에 따라 반사율이 변화하는 변조 역반사기는 자유공간 광통신 네트워크의 연구 개발 대상이다.이러한 시스템의 기본 개념은 센서 Mote와 같은 저전력 원격 시스템이 기지국으로부터 광신호를 수신하여 변조된 신호를 기지국으로 반사할 수 있다는 것입니다.베이스 스테이션이 광전력을 공급하기 때문에 리모트시스템은 과도한 전력 소비 없이 통신할 수 있습니다.변조된 역반사기는 변조된 위상공역미러(PCM)의 형태로도 존재합니다.후자의 경우, 위상 공역파의 시간 부호화에 의해 PCM에 의해 "시간 반전" 파형이 생성된다(예: SciAm, 1990년 10월, "The Photoregravive Effect", David M 참조).후추 등)

사용자가 제어하는 테크놀로지에서는 광데이터링크 디바이스로서 저렴한 코너 에이밍 역반사기가 사용됩니다.조준은 밤에 이루어지며, 필요한 역반사 영역은 가로등과의 조준 거리 및 주변 조명에 따라 달라집니다.광수신기 자체는 초점 평면에서 조명된 물체를 감지하는 크고 정밀하게 초점을 맞춘 렌즈를 포함하고 있기 때문에 약한 역반사기 역할을 합니다.이를 통해 단거리에서는 역반사기 없이 조준할 수 있습니다.

기타 용도

역반사기는 다음 응용 예에서 사용됩니다.

  • 일반(비 SLR) 디지털 카메라에서는 센서 시스템이 역반사하는 경우가 많습니다.연구자들은 이 특성을 디지털 카메라를 감지하고 [25]렌즈에 고초점 광선을 방출함으로써 허가받지 않은 사진을 방지하는 시스템을 시연해 왔다.
  • 어두운 [26]조건에서도 높은 밝기를 가능하게 하는 영화 스크린.
  • 디지털 컴포지트 프로그램 및 채도 키 환경에서는, 컴포지트 워크의 기존의 라이트 배경을 대체하기 위해서, 역반사를 사용합니다.이것은,[27] 배경을 개별적으로 점등할 필요 없이, 한층 더 단색의 색을 제공하기 때문입니다.
  • Longpath-DOAS 시스템에서는 역반사기를 사용하여 광원에서 방출된 빛을 망원경으로 반사합니다.그런 다음 분광 분석하여 망원경과 역반사기 사이의 공기 미량 가스 함량에 대한 정보를 얻습니다.
  • 바코드 라벨을 역반사 재료에 인쇄하여 스캔 범위를 최대 [28]50피트까지 늘릴 수 있습니다.
  • 3D 디스플레이 형태로, 역반사 시트와 프로젝터 세트를 사용하여 입체 이미지를 사용자의 눈에 다시 투영합니다.사용자의 안경 프레임에 장착된 모바일 프로젝터와 위치 추적을 사용하면 홀로그램과 같은 착각을 컴퓨터로 생성된 이미지를 [29][30][31]만들 수 있습니다.
  • 손전등어는 천연 역반사체를 가지고 있다.'태피텀 루시덤'을 참조하십시오.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ a b c d e f 미국 소비자 제품 안전 위원회 자전거 리플렉터 프로젝트 보고서 2007-10-05년 웨이백 머신에 보관
  2. ^ Bernacki, Bruce E.; Anheier, Norman C.; Krishnaswami, Kannan; Cannon, Bret D.; Binkley, K. Brent (2008). "Design and fabrication of effi cient miniature retroreflectors for the mid-infrared". SPIE Defense & Security Conference 2008, Infrared Technology and Applications. Proc. SPIE 6940. XXXIV (30).
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레퍼런스

  • H.H. Barrett과 S.F. Jacobs의 광학 편지, Vol. 4, 페이지 190–192(1979), "근사 위상 공역자로서의 역반사 배열"
  • 광학 공학, Vol. 21, 281–283(1982년 3월/4월), Stephen F.의 "역방향 배열 실험"제이콥스.
  • Scientific American, 1985년 12월, 블라디미르 슈쿠노프와 보리스 젤도비치의 "위상 결합"
  • Scientific American, 1986년 1월, 데이비드 M의 "광학적 위상 공역 적용"후추.
  • Scientific American, 1986년 4월, Jearl Walker의 "아마추어 사이언티스트" (역반사기를 가진 마법사)
  • Scientific American, 1990년 10월, 데이비드 M의 "The Photorrefractive Effect".페퍼, 잭 파인버그, 니콜라이 5세.쿠크타레프

외부 링크

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