Ein Retroreflektor (von lat. retro rückwärts, reflexio Zurückbeugung) ist ein reflektierendes Material, welches die einfallende Strahlung weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des Reflektors großteils in Richtung zurück zur Strahlungsquelle reflektiert (Retroreflexion).
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.
In der Funktechnik unterstützen Radarreflektoren die Ortung angestrahlter Objekte, etwa einer Ballonsonde oder eines Brückenpfeilers an einer Wasserstraße.
Präzise Strahlrückführung im optischen Wellenlängenbereich: Tripelspiegel hinter geschliffenem Glas dienen bei der Vermessung einem Laser als Umkehrpunkt. An einer Reflexlichtschranke wird eine retroreflektierende Folie oder ein Rückstrahler verwendet, um den Strahl wieder zum Sensor unmittelbar neben der Lichtquelle zurückzulenken.
Im Straßenverkehr erhöhen Retroreflektoren an Menschen, Hindernissen, Verkehrstafeln, Leiteinrichtungen und Fahrzeugen deren Erkennbarkeit nachts im Scheinwerferlicht. Fahrzeuglenker schauen nahe (etwa 1 m) deren Lichtaustrittsstelle auf die Szene in deren Lichtkegel. Retroreflektierendes wirft Licht entgegen der Einfallsrichtung zurück. Wenn der Lenker nun einen Retroreflektor in 60 m Entfernung sieht, dann spannen Beleuchtungsstrahl und Beobachtungsrichtung einen Winkel von etwa 1° auf. Angestrahlte Retroreflexmittel wirken daher dann am besten, wenn sie eine gewisse kleine Winkelstreuung aufweisen, jedoch auch schräg angestrahlt – wie etwa eine Verkehrstafel halbrechts also 45° vor uns – noch gut wirken. Diese zwei Parameter dienen zu ihrer Charakterisierung.
In weißer oder gefärbter Ausführung gibt es Rückstrahler aus transparentem Kunststoffspritzguss oder Glas, die hinten eine Struktur aus vielen Würfelecken haben. Sie müssen nicht verspiegelt sein, da Totalreflexion stattfindet und somit Tripelspiegel entstehen. Auch diese Elemente werden oft als Katzenaugen bezeichnet.
Retroreflektorfolien sind aus geprägter Alufolie, rückseitig geprägter Plastikfolie oder enthalten transparente, retroreflektierende Kügelchen.
Katzenaugen bestehen aus gefassten Glaskörpern (bikonvex, silberverspiegelt und schutzlackiert).[1]
Dichter Tautropfenbelag oder Raureif kann die Retroreflexion zerstreuen oder verhindern; Autobahnwegweiser zeigen z.B. große dunkle Flecken.
Manche Fahrradscheinwerfer haben am Rand der Streuscheibe eine Retroreflexzone integriert, deren Facetten so gestaltet sind, dass schräg hinten vom Leuchtmittel ankommendes Licht gut durchdringt.
Retroreflektierende Materialien sollten bei Sicherheitsanwendungen 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. Auch Aluminium, häufig stranggepresst und eloxiert, als Verkehrstafelmasten oder Geländer wirkt hell, solange es nicht durch Salz stark korrodiert ist.
Bei Fahrbahnmarkierungen werden feinste Glasperlen (d < 0,3 mm) in die aufgebrachte noch feuchte Markierungsfarbe (Lack oder Flüssigkunststoff) durch Aufstreuen teileingebettet, wodurch Retroreflexion erreicht wird, um die Sichtbarkeit bei Anstrahlung zu erhöhen. Der Effekt der Glasperlen ist ähnlich dem der Lüneburg-Linse.
In der Natur tritt Retroreflexion an betauten Pflanzen, etwa Gras- und Getreidehalmen auf, wenn diese stark behaart sind. Sichtbar wird der Effekt als sogenannter „Heiligenschein“ beim Radeln am Straßenrand rund um den Schatten des eigenen Kopfes im Grünen, wenn die Sonne links hinter einem mittelhoch steht. Das Phänomen tritt auch an unbehaarten Pflanzen auf, wenn deren Blätter durch eine Wachsschicht so stark hydrophob sind, dass der Kontaktwinkel am Tautropfen auf 140° ansteigt, was von Alistair B. Fraser an Nadelbäumen beobachtet und daher {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) (engl. Waldschein) genannt wurde.[2]
Umgekehrt versuchen Konstrukteure von Militärfahrzeugen, -schiffen und insbesondere -flugzeugen durch strenges Vermeiden von Innenecken an deren Außenkontur unerwünschte Radarreflexe zu vermeiden (Stealth-Technik).
Retroreflektoren aus Quarzglas (um auch UV-Lichtanteile zu reflektieren) werden bei Langpfadmessungen auf Basis der DOAS-Technik verwendet, um atmosphärische Spurengase in der Luft auf einem definierten Lichtweg nachzuweisen.
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.
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 auftritt, da die vordere Oberfläche des Glaskörpers eine Brechung zur Symmetrieachse hin bewirkt.
Beispiele:
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. Das 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: