Retroreflektor

Ein Retroreflektor ist ein reflektierendes Material, welches die einfallende Strahlung weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Reflektors großteils in Richtung zurück zur Strahlungsquelle reflektiert (Retroreflexion).

Hintergrund

Diffus streuende Oberflächen strahlen nur wenig Licht zur Lichtquelle zurück. Sie erscheinen dennoch meist heller als ein Spiegel, denn bei einem Planspiegel hängt die Rückstrahlung von seiner Orientierung ab, die nur in Ausnahmefällen senkrecht zum Betrachter ausgerichtet ist. Aus diesem Grund erscheint auch eine regennasse Fahrbahn, die nur von den eigenen Fahrzeugscheinwerfern beleuchtet wird, in der Nacht dunkler als die diffus rückstreuende Oberfläche eines trockenen Straßenbelags.

Anwendung

In der Funktechnik unterstützen Radarreflektoren die Ortung von angestrahlten Objekten. Im optischen Wellenlängenbereich vereinfachen sie die Strahlrückführung, Tripelspiegel dienen bei der Vermessung als Ziel, bei einer Reflexlichtschranke wird eine retroreflektierende Folie oder ein Rückstrahler verwendet, um die Strahlrückführung zu vereinfachen.

Im Straßenverkehr erhöhen Retroreflektoren die Verkehrssicherheit in der Nacht. Ein Autofahrer sitzt nicht allzu weit von den Scheinwerfern seines Kraftfahrzeugs entfernt. Angestrahlte Retroreflektoren strahlen besonders hell in seine Richtung zurück, sofern sie eine gewisse Streuung aufweisen. Verwendet werden Rückstrahler, Reflektorfolien und – besonders in Großbritannien – in den Straßenbelag eingebaute Katzenaugen.

Retroreflektierende Materialien sollten bei Sicherheitsanwendungen immer mit diffus reflektierenden Oberflächen kombiniert werden, damit sie auch dann erkennbar sind, wenn sie mit Fremdlicht aus anderen Richtungen bestrahlt werden. Aus diesem Grund tragen Leitpfosten nicht nur Rückstrahler, sondern sind auch weiß gefärbt.

Bei Fahrbahnmarkierungen werden Glasperlen in das Markierungsmaterial eingebracht, wodurch eine Retroreflexion erreicht wird, um die Sichtbarkeit bei Nacht zu erhöhen. Der Effekt der Glasperlen ist ähnlich dem der Lüneburg-Linse.

• 

  Tripelprisma an einem Messziel (Vermessung), Aufnahme mit Kamerablitz

• 

  Aufnahme eines Tripelspiegels ohne und mit Blitz. 3 der 6 Kanten sind Spiegelungen. Das Auge bzw. die Kamera erscheint immer im Mittelpunkt.

• 

  Retroreflektor-Element (Katzenauge); die gekrümmte Fläche links ist verspiegelt. Die rechte gekrümmte Fläche hat ihren Brennpunkt auf der Spiegelfläche.

• 

  Retroreflektoren auf einem Leitpfosten.

• 

  In eine Straße eingelassene Reflektoren.

Retroreflexionselemente

Neben planoptischen Winkelreflektoren (Tripelspiegeln und Tripelprismen) und Rückstrahlern gibt es rotationssymmetrische Linsenreflektoren (Katzenaugen, Lüneburg-Linsen) und auch prinzipiell andere Typen retroreflektierender Körper, zum Beispiel bikonische Konstruktionen.

Ausführungen mit Planspiegeln

Veranschaulichung der Retroreflexion am 90°-Doppelspiegel

Bei den Retroreflektoren aus Planspiegeln und Planflächen unterscheidet man Bauformen mit zwei oder drei zueinander senkrecht stehenden spiegelnden Ebenen.

Das Bild oben veranschaulicht die Retroreflexion in einer Ebene (zwei Spiegel). Wenn sich auch die dritte Raumrichtung ändern kann, sind drei Spiegel erforderlich, es entsteht ein Tripelspiegel, zum Prinzip siehe auch Winkelreflektor.

Ein Tripelprisma ist ein Glaskörper, der vorne plan ist und rückseitig drei zueinander in einem Winkel von 90° stehende unverspiegelte Planflächen besitzt. Es reflektiert prinzipiell sogar verlustärmer als ein Tripelspiegel, auch wenn die frontseitige Oberfläche nicht entspiegelt ist. Ursache ist die verlustfreie Totalreflexion an den schrägen rückseitigen Oberflächen. Tripelprismen haben einen größeren Winkelbereich innerhalb dessen die Reflexion erfolgt, da die vordere Oberfläche des Glaskörpers eine Brechung zur Symmetrieachse hin bewirkt.

Beispiele:

• Rückstrahler bestehen meist aus Kunststoff, seltener (früher) auch aus Glas. Sie tragen rückseitig angeformte Tripelprismen, die durch Totalreflexion wie Tripelspiegel funktionieren. Sie sind hinten abgedeckt, um Reflexionsverluste durch Schmutz und (Kondens-)Wasser zu vermeiden, weshalb die Tripelspitzen nur an zerbrochenen, geöffneten Reflektoren tastbar und von hinten sichtbar sind.
• Winkelreflektoren als
  • Radarreflektoren (engl. corner reflector) aus Blech als Retroreflektor für Mikrowellenstrahlung (RADAR) etwa für die Schifffahrt vor Brückenpfeilern.
  • Tripelspiegel und Tripelprismen aus Glas zur Retroreflexion von Laserstrahlen (LIDAR) bei der Vermessung, der Messung der Entfernung des Mondes und zur genauen Positionsbestimmung von Satelliten
• Reflexkugeln aus Glas werden (als feines Pulver geschüttet) in frisch aufgetragene Straßenmarkierfarbe eingedrückt, am besten gut zur Hälfte des Durchmessers, doch nicht zu dicht, um sich nicht abzuschatten (Retroreflexfarbe).

Linsenähnliche Ausführung

Prinzip Lüneburg-Linse

Wenn sich im Fokus einer abbildenden Optik eine reflektierende Oberfläche befindet, dann wird das reflektierte Licht durch die Optik wieder in Richtung Lichtquelle gelenkt. Anders als bei einem einfachen flachen Spiegel hängt diese Eigenschaft nicht von der genauen Ausrichtung der spiegelnden Oberfläche ab. Für eine ideale Retroreflektion muss allerdings der Abstand der spiegelnden Oberfläche genau stimmen. Außerdem bewirken Linsenfehler, dass das Licht nicht vollständig in Richtung der Lichtquelle gelenkt wird. Bei einigen Anwendungen ist ein Reflexion in einen Bereich nahe, aber nicht genau an der Lichtquelle sogar erwünscht. Dies gilt zum Beispiel für Retroreflektoren im Straßenverkehr. Damit das reflektierte Licht eines Scheinwerfers gesehen werden kann, darf es nicht vollständig wieder in den Scheinwerfer gelenkt werden.

Beispiele:

• Die optisch wirksame Komponente von Reflektorfolien und Leinwänden besteht aus vielen kleinen transparenten Kugeln. Eine durchsichtige Kugel aus Glas oder Kunststoff fokussiert einen Großteil des einfallenden Lichts einer weit entfernten Lichtquelle auf einen Fleck kurz hinter der hinteren Oberfläche. Durch den Unterschied im Brechungsindex im Vergleich zur Luft wirkt die hintere Oberfläche der Kugel spiegelnd. Da sie nur wenig vor dem Fokus liegt, wird das Licht in einen schmalen Kegel um die Richtung der Lichtquelle gelenkt. Auf diese Weise erreicht im Kino besonders viel Licht des Filmprojektors die Augen der Zuschauer. Das gleiche gilt für Scheinwerferlicht, das von mit Reflektorfolie ausgestatteten Schildern bevorzugt in Richtung der Fahrer des jeweiligen Fahrzeugs gelenkt wird.
• Katzenaugen sind Glaskörper deren Vorderseite so gekrümmt ist, dass einfallendes paralleles Licht auf die verspiegelte Rückseite fokussiert wird. Anders als bei transparenten Kugeln kann bei Katzenaugen der Raumwinkel, in den einfallendes zurück reflektiert wird, in weiten Grenzen durch die Form bestimmt werden. Außerdem kann die Rückseite vollständig reflektierend sein. Katzenaugen können daher mehr Licht in die gewünschte Richtung lenken. Sie sind jedoch aufwändiger in der Herstellung.
• Die Augen insbesondere nachtaktiver Tiere wie Katzen sind retroreflektierend, da deren Netzhaut reflektierend hinterlegt ist. Siehe Tapetum lucidum und Rote-Augen-Effekt
• Retroreflexion durch Nebeltröpfchen ist unerwünscht, weshalb Nebelscheinwerfer möglichst weit entfernt von der Blickrichtung angeordnet werden.
• Lüneburg-Linsen sind rückseitig verspiegelte Kugeln aus einem transparenten Material mit einem nach innen geringer werdenden Brechungsindex. Sie werden auch als Radarreflektoren eingesetzt. Die Verspiegelung ist dann jedoch als Gürtel ausgeführt, sodass aus allen horizontalen Richtungen Retroreflexion stattfindet.