一种三维物体隐形装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种三维物体隐形装置及其设计方法，包括外层材料(1)、中层材料(2)、内层材料(3)和隐形区域(4)；基于光路全反射和多次折射原理，结合装置材料参数和结构参数设计，引导光束按设计路径传播，使得装置前方探测器只可探测到装置后界面背景的散射光而探测不到装置内物体的散射光，从而实现装置内物体隐形。此种装置及设计方法合理可行，结构简单，易于加工，可实现较大三维物体在可见光和红外波段的隐形。段的隐形。段的隐形。

【技术实现步骤摘要】
一种三维物体隐形装置及其设计方法


[0001]本专利技术属于隐形装置
，特别涉及一种三维物体隐形装置及其设计方法，此种设计装置及方法合理可行，结构简单，可实现较大三维物体在可见光和红外波段的隐形。

技术介绍

[0002]隐形设计广泛应用于军事、民用领域。在军事领域，坦克、导弹发射车、作战部队等皆可采用三维隐形装置避开对方的人眼观察或红外探测，提高人员和武器装备的安全性。在民用方面，可见光波段的光学隐形可用于室内装饰，虚拟城市，影视制作等领域。
[0003]中国专利CN 203744840 U披露了一种光学隐身装置，所用隐身组件包括微处理单元、至少两个负责采集周边影像并与微处理单元电连接的微型摄像头、至少两个与所述微处理单元电连接的柔性屏幕，通过实时显示物体背面场景，达到隐身的效果，此种隐身装置主要是采用屏幕显示的方法对肉眼造成视觉混淆，而对物体探测器而言不具备隐身效果。
[0004]中国专利CN 106983189 A披露了一种基于多层纳米流体的二维环形可调控光学隐身斗篷，通过控制不同环层中纳米流体的纳米颗粒特性、流体的结构以及纳米颗粒的化学组成，可以使每层对应不同的介电常数和磁导率系数，获得光学隐身所需的二维介电常数和磁导率系数分布，进而使光线绕过斗篷区域后，光场恢复原来的分布，实现光学隐身功能，为处在光学隐身斗篷中心的物体屏蔽掉外界光线干扰，同时不影响外界光场分布，但此种隐形装置适用于微型二维隐形，不适用于宏观三维物体的隐形。
[0005]中国专利CN 106983190 A披露了一种基于多层石蜡复合相变材料的可调控二维光学隐身斗篷，通过控制不同环层中石蜡复合相变材料的固一液状态，可以使每层对应不同的介电常数和磁导率系数，获得光学隐身所需的二维介电常数和磁导率系数分布，进而使光线绕过斗篷区域后，光场恢复原来的分布，实现光学隐身功能，但此种隐形装置适用于微型二维隐形，不适用于宏观三维物体的隐形。
[0006]中国专利CN 106983188 A披露了一种基于多层石墨烯环层的可调控二维光学隐身斗篷，通过控制不同环层中石墨烯的费米能级分布，可以使每层对应不同的介电常数和磁导率系数，获得光学隐身所需的二维介电常数和磁导率系数分布，进而使光线绕过斗篷区域后，光场恢复原来的分布，实现光学隐身功能，但此种隐形装置适用于微型二维隐形，不适用于宏观三维物体的隐形。
[0007]专利US 10460713B2披露了一种针对声波隐形材料的设计方法，基于声波和电磁波传播模型间的联系，变换声波传播的数学模型，获得声波隐形材料设计模型。此种方法适用于微型物体的声波隐形，不适用于三维物体在可见光波段的隐形。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种三维物体隐形装置及其设计方法，结合装置材料参数和结构参数设计，引导光束按设计路径传播，使得
装置前方探测器只可探测到装置后界面背景的散射光而探测不到装置内物体的散射光，从而实现装置内物体隐形。此种设计方法合理可行，结构简单，可实现较大三维物体在可见光和红外波段的隐形。
[0009]本专利技术提供的技术方案如下：
[0010]第一方面，一种三维物体隐形装置，包括外层材料、中层材料、内层材料和隐形区域；所述外层材料为内、外界面基础结构相同的多边棱柱结构，外界面与内界面的基础结构以中心轴旋转错开角度π/N设置，π＝180
°
，内、外界面基础结构为正多边棱柱结构，内、外界面旋转后，内、外界面的基础结构形成棱
‑
面对应结构；外界面基础结构的一对相对侧面上开设有出光口，出光口为内折角结构，内折角结构的顶点位于隐形装置的对称面上；内界面的基础结构在对应外界面出光口的位置为棱边，该棱边两侧的棱边以面结构连接，并留有平行于该面结构的长条空气细缝；外层材料为透光材料；
[0011]所述中层材料为两块结构相同的透光材料，其外界面与外层材料的内界面贴合，其内界面与外界面平行，其余上下两侧面位于空气细缝的边界处，与外层材料的内界面之间形成空气细缝；中层材料的折射率小于外层材料和内层材料的折射率n1，外层材料和内层材料的材料相同；
[0012]所述内层材料的两相对外界面与两侧中层材料的内界面贴合，其余上下两外界面位于空气细缝的边界，与外层材料的内界面之间形成空气细缝，中部开有隐形区域；中层材料和外层材料的折射率之差满足：
①
光线经中层材料进入外层材料后能够在外层材料的外界面上发生全反射；
②
背景光线自非出光口区域进入装置，在装置内多次折射后能够绕过中间隐形区域，并按原定路径继续传播。
[0013]第二方面，一种三维物体隐形装置的设计方法，包括如下步骤：
[0014]加工外层材料，外层材料为内、外界面基础结构相同的多边棱柱结构，外界面与内界面的基础结构以中心轴旋转错开角度π/N设置，π＝180
°
，内、外界面基础结构为正多边棱柱结构，内、外界面旋转后，内、外界面的基础结构形成棱
‑
面对应结构；外界面基础结构的一对相对侧面上加工内折角结构以形成出光口，内折角结构的顶点位于隐形装置的对称面上；内界面的基础结构在对应外界面出光口的位置为棱边，该棱边两侧的棱边以面结构连接，并通过对该面结构进行切削，形成平行于该面结构的长条空气细缝；外层材料为透光材料；
[0015]加工中层材料，中层材料为两块结构相同的透光材料，使其外界面与外层材料的内界面贴合，其内界面与外界面平行，其余上下两侧面位于空气细缝的边界处，与外层材料的内界面之间形成空气细缝；中层材料的折射率小于外层材料和内层材料的折射率n1，外层材料和内层材料的材料相同；
[0016]加工内层材料，使内层材料的两相对外界面与两侧中层材料的内界面贴合，其余上下两外界面位于空气细缝的边界，与外层材料的内界面之间形成空气细缝；在内层材料的中部加工隐形区域；中层材料和外层材料的折射率之差满足：
①
光线经中层材料进入外层材料后能够在外层材料的外界面上发生全反射；
②
背景光线自非出光口区域进入装置，在装置内多次折射后能够绕过中间隐形区域，并按原定路径继续传播。
[0017]根据本专利技术提供的一种三维物体隐形装置及其设计方法，具有以下有益效果：
[0018](1)本专利技术提供的一种三维物体隐形装置及其设计方法，采用多边棱柱式结构，且
由两种材料加工隐形装置，结构简单，易于加工，可用于较大三维物体的隐形；
[0019](2)本专利技术提供的一种三维物体隐形装置及其设计方法，基于光路传播原理，结合材料参数和结构参数设计，不仅实现了对隐形区域内物体散射光的传播路径引导，也兼顾了装置背景散射光的传播路径引导，可实现物体对于肉眼和红外探测器的隐形。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提供的一种三维物体隐形装置的结构示意图；
[0021]图2为隐形区域内物体散射光的传播光路图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维物体隐形装置，其特征在于，包括外层材料(1)、中层材料(2)、内层材料(3)和隐形区域(4)；所述外层材料(1)为内、外界面基础结构相同的多边棱柱结构，外界面与内界面的基础结构以中心轴旋转错开角度π/N设置，π＝180
°
，内、外界面基础结构为正多边棱柱结构，内、外界面旋转后，内、外界面的基础结构形成棱
‑
面对应结构；外界面基础结构的一对相对侧面上开设有出光口(6)，出光口(6)为内折角结构，内折角结构的顶点位于隐形装置的对称面上；内界面的基础结构在对应外界面出光口(6)的位置为棱边，该棱边两侧的棱边以面结构连接，并留有平行于该面结构的长条空气细缝(5)；外层材料(1)为透光材料；所述中层材料(2)为两块结构相同的透光材料，其外界面与外层材料(1)的内界面贴合，其内界面与外界面平行，其余上下两侧面位于空气细缝(5)的边界处，与外层材料(1)的内界面之间形成空气细缝(5)；中层材料(2)的折射率小于外层材料(1)和内层材料(3)的折射率n1，外层材料(1)和内层材料(3)的材料相同；所述内层材料(3)的两相对外界面与两侧中层材料(2)的内界面贴合，其余上下两外界面位于空气细缝(5)的边界，与外层材料(1)的内界面之间形成空气细缝(5)，中部开有隐形区域(4)；中层材料(2)和外层材料(1)的折射率之差满足：
①
光线经中层材料(2)进入外层材料(1)后能够在外层材料(1)的外界面上发生全反射；
②
背景光线自非出光口区域进入装置，在装置内多次折射后能够绕过中间隐形区域(4)，并按原定路径继续传播。2.根据权利要求1所述的三维物体隐形装置，其特征在于，所述空气细缝(5)的长度与外层材料(1)基础结构上对应侧面的宽度相同。3.根据权利要求1所述的三维物体隐形装置，其特征在于，所述隐形装置外层材料(1)和内层材料(3)的折射率n1满足：n1
·
sinθ1≥1其中，θ1为隐形物体散射光经隐形装置偏折后入射至装置外界面处的入射角，θ1＝π/N，N为隐形装置外层材料的基础结构的棱数。4.根据权利要求1所述的三维物体隐形装置，其特征在于，所述隐形装置外层材料的基础结构为正八边棱柱即N＝8时，中层材料的折射率n2、外层材料的外边界截面边长a、外层材料的内边界截面边长b、中层材料的厚度c、和内层材料的厚度d满足：料的内边界截面边长b、中层材料的厚度c、和内层材料的厚度d满足：料的内边界截面边长b、中层材料的厚度c、和内层材料的厚度d满足：料的内边界截面边长b、中层材料的厚度c、和内层材料的厚度d满足：
5.根据权利要求1所述的三维物体隐形装置，其特征在于，所述隐形装置出光口(6)的底角角度α：α＝π/2N，N为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志敬，华佐豪，王浩宇，陈悦悦，任刚，俞鑫，马宏玲，杜伟强，吴飞春，罗思璇，郭宁，
申请(专利权)人：上海新力动力设备研究所，
类型：发明
国别省市：