mini|Prinzip eines Retroreflektors: Der Lichtstrahl (Beispiel: rot oder schwarz) wird unabhängig vom Einfallswinkel immer zur Quelle zurückgeworfen. Ein Retroreflektor (von , reflexio Zurückbeugung) oder Rückstrahler ist eine Vorrichtung, die einfallende elektromagnetische Wellen – im Licht- oder im unsichtbaren Teil des Spektrums – weitgehend unabhängig von der Einfallsrichtung in Bezug auf die Ausrichtung der Vorrichtung großteils in die Richtung reflektiert, aus der sie gekommen sind. Dies wird als Retroreflexion oder Rückstrahlung bezeichnet. Es gibt verschiedene Typen von Retroreflektoren, wie Tripelspiegel, Tripelprismen oder linsenähnliche Ausführungen, eine spezielle Bauform ist beispielsweise das „Katzenauge“.
Eigenschaften Diffus streuende Oberflächen strahlen nur wenig Licht zur Lichtquelle zurück. Sie erscheinen dennoch meist heller als ein Spiegel, denn bei einem Planspiegel hängt die Richtung der Rückstrahlung gemäß dem Reflexionsgesetz von seiner Orientierung ab. Nur in Ausnahmefällen ist sie senkrecht zum Betrachter. 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.
Anwendungen Funktechnik In der Funktechnik unterstützen Radarreflektoren die Ortung angestrahlter Objekte, etwa einer Ballonsonde oder eines Brückenpfeilers an einer Wasserstraße.
Licht Vermessung Ein Tripelprisma aus geschliffenem Glas dient 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.
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.
Straßenverkehr mini|Front- und Speichenreflektoren erhöhen die passive Sicherheit von Fahrrädern Besonders häufig werden Retroreflektoren im Bereich der Verkehrssicherheit eingesetzt. Reflektoren findet man unter anderem an der Rückseite von Fahrzeugen. Ziel ist es, das Scheinwerferlicht nachfolgender Fahrzeuge so zu reflektieren, dass es von deren Fahrern gesehen werden kann, was die Gefahr von Auffahrunfällen vermindert. Auch manche Fahrradscheinwerfer haben Retroreflexzonen integriert. Für Fußgänger und auch Haustiere wie etwa Hunde werden ebenfalls Retroreflektoren in Form von Armbändern und Klettelementen angeboten, die insbesondere nachts deren Erkennbarkeit im Straßenverkehr erhöhen sollen.
In der Verkehrsinfrastruktur erhöhen Retroreflektoren an Hindernissen, Verkehrszeichen und Leiteinrichtungen deren Erkennbarkeit nachts im Scheinwerferlicht. Die Augen des Fahrers sind in der Regel etwa 1 m vom Scheinwerfer ihres Fahrzeuges entfernt. Da ein idealer Retroreflektor das Licht theoretisch exakt in Einfallsrichtung zurückwerfen würde, haben Retroreflektoren für den Straßenverkehr eine kleine Winkelstreuung von etwa 1°. Oft kommen hier Retroreflektorfolien zum Einsatz, die aus geprägter Alufolie beziehungsweise rückseitig geprägter Plastikfolie bestehen oder transparente, retroreflektierende Kügelchen enthalten. Auch bei Fahrbahnmarkierungen werden Glaskugeln (d < 0,3 mm) in die aufgebrachte, noch feuchte Markierungsfarbe durch Aufstreuen teileingebettet, wodurch Retroreflexion erreicht wird. Der Effekt der Glasperlen ist ähnlich dem der Lüneburg-Linse.
Sind Retroreflektoren durch Tautropfen oder Raureif beschlagen, kann dies die Retroreflexion durch Streuung mindern oder ganz verhindern; Autobahnwegweiser zeigen in solchen Fällen große dunkle Flecken.
Bei derartigen Sicherheitsanwendungen sollten retroreflektierende Materialien 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 beispielsweise Leitpfosten nicht nur Rückstrahler, sondern sind darüber hinaus auch weiß gefärbt. Auch Aluminium, häufig stranggepresst und eloxiert, als Verkehrstafelmasten oder Geländer wirkt hell, solange es nicht durch Salz stark korrodiert ist.
mini|BMW 750i mit separaten Rückstrahlern im Stoßfänger Nach der StVZO müssen Fahrräder in Deutschland mindestens mit einem roten Reflektor hinten, einem weißen vorn und gelben, nach vorn und hinten wirkenden in den Pedalen ausgestattet sein. Hinzu kommen entweder mindestens zwei gleichmäßig verteilte gelbe Speichenreflektoren pro Laufrad oder retroreflektierende Reifen. Oft sind die vorderen oder hinteren Retroreflektoren in die Rücklicht- bzw. Scheinwerfergehäuse integriert. Weitere seitlich wirkende gelbe Rückstrahler sind zulässig. Für Österreich sind die entsprechenden Bedingungen in der Fahrradverordnung festgelegt. Nach Art. 217 der VTS müssen Fahrräder in der Schweiz nach vorne einen weißen und nach hinten einen roten Reflektor von mindestens 10 cm2 haben, sowie an den Pedalen vorn und hinten gelbe Rückstrahler mit einer Leuchtfläche von mindestens 5 cm2. Gelbe Rückstrahler in den Speichen oder retroreflektierende Kennzeichnung von Reifen sind erlaubt, aber nicht Pflicht. Rückstrahler müssen auch an Kraftfahrzeugen, Anhängern und vielen anderen Fahrzeugen angebracht sein.
Obwohl zur Gruppe der Fußgänger zählend und damit gemäß StVZO nicht zur Ausstattung mit einem Rückstrahler verpflichtet, rüsten vermehrt Eltern ihre Kinderwagen mit Reflektoren aus. Beliebt sind hier klassische Hartplastikreflektoren, wie an Fahrrädern verwendet, oder auch spezielle, selbstklebende Reflektorfolie.
Auch Leitpfosten sind mit Rückstrahlern versehen. Diese reflektieren überwiegend weiß (farbneutral).
Oft versehen Hauseigentümer außerorts ihre Einfahrt mit Rückstrahlern. Rückstrahlende Elemente auf Fahrradreifen, Schulranzen oder Sicherheitswesten verwenden Reflektorfolie – ein Material mit kleinen, transparenten Kunststoffkügelchen, deren Rückstrahlprinzip dem der Katzenaugen ähnelt.
Viele Verkehrsschilder sind retroreflektierend und zu diesem Zweck mit Folien bzw. Beschichtungen versehen.
Auch Reflexlichtschranken verwenden Rückstrahler, um Sender und Empfänger in einem Gehäuse unterbringen zu können und die Justage zu erleichtern.
Bei Sicherheitsreflektoren ist es nicht erwünscht, das Licht exakt in die Lichtquelle zurückzuspiegeln. Eine Streuwirkung ist erforderlich, um den kleinen Winkel zwischen Fahrzeugscheinwerfer, Rückstrahler und Betrachter zu überdecken. Ein sehr gut und genau reflektierender Rückstrahler kann Kraftfahrer blenden.
Viele der beschriebenen und auch die abgebildeten Rückstrahler zeigen bei verschiedenen seitlichen Anstrahlwinkeln oder Entfernungen ein Maximum an Helligkeit an einzelnen Stellen aufgrund von Spiegelungen an nur zwei Flächen. Die Richtung des sehr hellen zurückgeworfenen Lichtes ist dann von der zufälligen Stellung von Scheinwerfer zu Rückstrahler abhängig; dabei fehlt oft die Streuwirkung. Auch dieser nicht gewünschte Spiegeleffekt lässt sich durch das Verdrehen von Teilmengen der Tripelspiegel reduzieren. Es ist nahezu nie der ganze Rückstrahler, der sehr hell spiegelt.
Natürliches Vorkommen In der Natur tritt Retroreflexion an betauten Pflanzen auf, wenn diese stark behaart sind. Auch Gras- und Getreidehalme zeigen den Effekt. Sichtbar wird dieser „Heiligenschein“ rund um den Schatten des eigenen Kopfes im Grünen, wenn die Sonne mittelhoch von hinten scheint. 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 (engl. Waldschein) genannt wurde. Umgekehrt versuchen Konstrukteure von Militärfahrzeugen, -schiffen und insbesondere -flugzeugen durch strenges Vermeiden von Innenecken an deren Außenkontur unerwünschte Radarreflexe zu vermeiden (Stealth-Technik).
Retroreflexionselemente mini|hochkant|Vergleich von Winkelreflektor (1) und Linsenreflektor (2) an drei unterschiedlichen Einfallswinkeln. Die reflektierende Oberfläche ist dunkelblau eingezeichnet. Neben planoptischen Winkelreflektoren (Tripelspiegeln und Tripelprismen) und Rückstrahlern gibt es rotationssymmetrische Linsenreflektoren, zum Beispiel „Katzenaugen“ und Lüneburg-Linsen. Es gibt prinzipiell auch andere Typen retroreflektierender Körper, zum Beispiel bikonische Konstruktionen.
Ausführungen mit drei spiegelnden Flächen Drei flache, zueinander senkrecht stehende, spiegelnde Oberflächen lenken einfallende Wellen zurück zur Quelle der Wellen. Die drei Flächen sind dabei angeordnet wie die drei Flächen eines Würfels, die eine Ecke teilen. Daher werden diese Winkelreflektoren in der englischen Fachsprache auch corner cube genannt.
Beispiele für Winkelreflektoren: 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. 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. Radarreflektoren aus Blech als Retroreflektor für Mikrowellenstrahlung (RADAR) etwa für die Schifffahrt vor Brückenpfeilern. Rückstrahler aus Kunststoff – seltener auch aus Glas – tragen rückseitig angeformte Tripelprismen, die bei ausreichendem Brechungsindex durch Totalreflexion wie Tripelspiegel funktionieren. Sie sind meist hinten abgedeckt, um Störungen durch Schmutz und (Kondens-)Wasser zu vermeiden.
Eine stark verbreitete Variante ist der Tripelspiegel, auch Würfeleckenrückstrahler genannt. Er funktioniert mit einer Anordnung vieler kleiner dreiflächiger Winkelreflektoren bzw. totalreflektierender Prismen. Viele dreiseitige Pyramiden (keine Tetraeder!) sind in einem flächigen Array angeordnet. Jede Pyramide hat die Form einer von einem Quader abgeschnittenen Ecke – die drei sich in der Ecke treffenden Flächen stehen senkrecht aufeinander. Im Bildbeispiel sehen die Pyramiden (Quaderecken) von hinten aus wie Würfel. Die Ausrichtung aller Würfel- bzw. Quaderecken ist in der Regel gleich. Die Spitzen dieser Ecken zeigen von der Lichtquelle weg, ragen also nach hinten aus dem Rückstrahler-Körper heraus. Die tragende Scheibe ist vorn glatt und hat eine Stärke im Millimeterbereich.
Eine Verspiegelung der Pyramiden (optische Prismen) ist nicht erforderlich. Die von der Lichtquelle aus betrachteten schrägstehenden hinteren Grenzflächen werfen die durch die glatte Seite des Rückstrahlers einfallenden Strahlen aufgrund der Totalreflexion zurück. Aufgrund der Anordnung der jeweils drei Flächen in 90°-Winkeln wird das Licht in die Richtung, aus der es kam, zurückgespiegelt.
Wird der Rückstrahler nicht senkrecht angestrahlt, kommt es beim Lichteintritt in die glatte Vorderfläche zur Brechung. Diese wirkt sich auf die Retroreflexion nicht aus, da es beim Lichtaustritt wieder zur Brechung mit gleichem Brechungswinkel und gleicher Ausrichtung kommt. Die zweifache Brechung kann sich jedoch nur aufheben, wenn die Vorderfläche eben und glatt ist, denn im Tripelspiegel kommt es zu einem kleinen seitlichen Versatz der Lichtstrahlen (Parallelverschiebung).