Retroreflexion

Als Retroreflexion bezeichnet man die Reflexion, die weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Reflektors großteils in Richtung zurück zur Strahlungsquelle erfolgt.

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.

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  Tripelprisma an einem Messziel (Vermessung), Aufnahme mit Kamerablitz

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

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

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  Retroreflektoren auf einem Leitpfosten.

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 Retroreflextion 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.

Eine Anordnung mit einem Doppelspiegel erzeugt ein seitenverkehrtes Spiegelbild, im Gegensatz zu einem einfachen Spiegel, der nur vorn und hinten vertauscht und ein seitenrichtiges Bild zeigt. Eine Doppelspiegel-Anordnung lässt sich sehr einfach in fast jedem Haushalt erproben, indem man an einem Badezimmer-Spiegelschrank zwei der Türen so aufklappt, dass die Spiegelflächen genau 90° zueinander stehen. Ein Tripelspiegel vertauscht sowohl die Seiten als auch oben und unten.

Linsenähnliche Ausführung

Prinzip der Reflexion der dielektrischen Lüneburg-Linse mit Reflektor

Glaskugeln mit einer in einer bestimmten Weise inhomogenen Brechzahl werfen einen Teil des einfallenden Lichts in Richtung der Lichtquelle zurück und lassen sich so als Retroreflektoren einsetzen. Bei homogener Brechzahl muss die Form von der Kugelform abweichen.

Beispiele:

• Reflektorfolien sind mechanisch flexibel und bestehen aus retroreflektierenden Pigmenten (transparente Kunststoffkügelchen). Auch Sicherheitskleidung, Verkehrszeichen, Kfz-Nummernschilder, Straßenmarkierungen und sogenannte Perl-Leinwände sind mit diesen Pigmenten ausgestattet.
• Katzenaugen sind tönnchenförmige Glaskörper mit rückseitig reflektierender Beschichtung.
• 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 inhomogener Brechzahl. Sie werden auch als Radarreflektoren eingesetzt. Die Verspiegelung ist dann jedoch als Gürtel ausgeführt, sodass aus allen horizontalen Richtungen Retroreflexion stattfindet.