Призма Шмидта – Печана

Призма Шмидта -Печана — это тип оптической призмы, используемой для поворота изображения на 180 ° . Эти призмы обычно используются в биноклях в качестве системы построения изображения . В призме Шмидта-Пехана используется секция призмы крыши (от немецкого «Dachkante», букв. Край крыши ). Конструкции биноклей с использованием призм Шмидта-Пехана могут быть сконструированы более компактно, чем конструкции с крышей Порро или Уппендаля и крышей Аббе-Кенига .

Призму Шмидта – Печана иногда называют парой призм Печана. ^{[ 1 ]}

Метод работы

Шмидт-Печан основан на конструкции призмы Печана : обе представляют собой смесь двух призм, разделенных воздушным зазором. Из-за воздушного зазора имеются четыре поверхности перехода стекло/воздух. Конструкция Печана инвертирует или переворачивает (переворачивает) изображение в зависимости от ориентации призмы, но не то и другое одновременно. В конструкции Шмидта-Печана верхняя призма конструкции Печана заменяется призмой крыши Шмидта , поэтому призма Шмидта-Печана может как инвертировать, так и переворачивать изображение и, таким образом, действовать как вращатель изображения. Нижняя призма известна как полупентапризма или призма Бауэрнфейнда . изображения Ручность Шмидтом-Пеханом не изменена.

Конструкция двух призм такова, что входной и выходной луч соосны, т. е. призма Шмидта – Печана не отклоняет луч, если она центрирована на оптической оси. Секция «крыша» верхней призмы переворачивает (переворачивает) изображение вбок с двумя полными внутренними отражениями в горизонтальной плоскости от поверхности крыши: по одному разу с каждой стороны крыши. Эту последнюю пару отражений можно рассматривать как одно отражение в вертикальной плоскости. И инверсия, и реверсия вместе вызывают поворот изображения на 180°, но при этом траектория отклоняется на 45°. Нижняя призма компенсирует это, соединяя луч под углом 45° с верхней призмой. Нижняя призма использует одно полное внутреннее отражение , за которым следует второе отражение от нижней поверхности, чтобы направить луч во вторую призму Шмидта. , меньшим Это второе отражение в нижней призме происходит под углом критического , поэтому призме Шмидта – Печана требуется отражающее покрытие, чтобы эту поверхность можно было использовать на практике. Это отличается от других призм крыши, таких как призма Аббе – Кенига, которая использует полное внутреннее отражение на всех отражающих поверхностях.

Конечный эффект шести отражений (два отражения находятся на плоскостях крыши) заключается в переворачивании изображения как по вертикали, так и по горизонтали.

Проблемы с призмой Шмидта – Печана.

Крышевая призма Шмидта-Пехана с чисто технической точки зрения представляет собой довольно сложную конструкцию крышевой призмы. Свет, попадающий в конструкцию Шмидта-Печана, отражается больше раз и менее эффективно, чем в конструкции призмы Аббе-Кёнига. ^{[ 2 ]}

Переходы стекло–воздух

Все входные и выходные поверхности должны иметь оптическое покрытие , чтобы минимизировать потери, хотя тип покрытия должен быть тщательно выбран, поскольку одни и те же поверхности призмы действуют как входные поверхности (желательно иметь хорошее просветляющее покрытие), так и внутренние отражающие поверхности ( требуют покрытия, максимизирующего отражение). В статье Конрада Зейла из Swarovski Optik «Прогресс в дизайне бинокуляров» показано, что однослойные антибликовые покрытия на этих поверхностях максимизируют контрастность изображения. ^{[ 3 ]}

Потери на отражение

Поскольку угол падения на нижнюю поверхность нижней призмы меньше критического угла , полного внутреннего отражения не происходит. Чтобы смягчить эту проблему, на этой поверхности используется зеркальное покрытие. алюминиевое зеркальное покрытие ( отражательная способность Обычно используется от 87% до 93%) или серебряное зеркальное покрытие (отражательная способность от 95% до 98%).

Пропускание призмы можно дополнительно улучшить, используя диэлектрическое покрытие вместо металлического зеркального покрытия. Это заставляет поверхности призмы действовать как диэлектрическое зеркало . Хорошо спроектированное диэлектрическое покрытие может обеспечить отражательную способность более 99% во всем спектре видимого света. Эта отражательная способность значительно улучшена по сравнению с алюминиевым или серебряным зеркальным покрытием, а характеристики призмы Шмидта-Печана аналогичны призме Порро или призме Аббе-Кенига.

Необходимое зеркальное покрытие не только увеличивает производственный этап, но и делает руф-призму Шмидта-Пехана с меньшими потерями, чем другие средства построения изображения, использующие призму Порро или призму Аббе-Кенига, которые полагаются только на полное внутреннее отражение. Диэлектрическое покрытие зеркала сравнимо по эффективности отражения, но делает Шмидт-Пехан дороже.

Фазовая коррекция

Кроме того, Шмидт-Пехан разделяет проблемы фазовой коррекции с другими призмами крыши. Призмы Шмидта-Пехана и другие бинокли с руф-призмами имеют покрытие с фазовой коррекцией, позволяющее свести к минимуму эти проблемы и существенно улучшить разрешение и контрастность. ^{[ 4 ]}

Доля коммерческого рынка биноклей

Несмотря на сложности с чисто технической точки зрения, бинокль с призмой Шмидта – Печана позволяет получить более легкий, компактный и дешевый бинокль с призмой с крышей. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} В начале 2020-х годов доля коммерческого рынка биноклей с призмой Шмидта-Печана стала доминирующей оптической конструкцией по сравнению с другими конструкциями с призмами. ^{[ 7 ]}

Ссылки

^ «Полупента-призмы | Эдмунд Оптикс» .
^ Бинокулярные призмы – почему они такие странные и разные? Билл Стент, 21 октября 2019 г.
^ Зейл, Конрад (1 декабря 1991 г.). Пакуин, Роджер А; Вукобратович, Дэниел (ред.). «Прогресс в конструкции биноклей» . Материалы SPIE . Оптомеханика и стабильность размеров. 1533 : 48. Бибкод : 1991SPIE.1533...48S . дои : 10.1117/12.48843 . S2CID 120136856 .
^ Почему лучшие бинокли с крышей-призмой нуждаются в фазокорректирующем покрытии?
^ Бинокулярные призмы – почему они такие странные и разные? Билл Стент, 21 октября 2019 г.
^ О биноклях с призмами Шмидта-Пехана
^ Сводка дилеров биноклей, показывающая 701 внесенную в список конструкцию призмы Шмидта-Печана и 315 биноклей, в которых используются другие оптические конструкции в мае 2022 г.

[1] «Полупента-призмы | Эдмунд Оптикс» .

[2] Бинокулярные призмы – почему они такие странные и разные? Билл Стент, 21 октября 2019 г.

[Seil-3] Зейл, Конрад (1 декабря 1991 г.). Пакуин, Роджер А; Вукобратович, Дэниел (ред.). «Прогресс в конструкции биноклей» . Материалы SPIE . Оптомеханика и стабильность размеров. 1533 : 48. Бибкод : 1991SPIE.1533...48S . дои : 10.1117/12.48843 . S2CID 120136856 .

[4] Почему лучшие бинокли с крышей-призмой нуждаются в фазокорректирующем покрытии?

[5] Бинокулярные призмы – почему они такие странные и разные? Билл Стент, 21 октября 2019 г.

[6] О биноклях с призмами Шмидта-Пехана

[7] Сводка дилеров биноклей, показывающая 701 внесенную в список конструкцию призмы Шмидта-Печана и 315 биноклей, в которых используются другие оптические конструкции в мае 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]