Отражательные призмы

Призмы

Призмы оптические – призмы из материалов, прозрачных для оптического излучения в некотором интервале частот. Они могут быть и не призмами в строго геометрическом смысле. Призма содержит плоские преломляющие и отражающие поверхности (грани), которые образуют между собой двугранные углы. Оптические призмы подразделяются на три обширных и резко различающихся по назначению класса:

− отражательные призмы;

− поляризационные призмы;

− спектральные призмы (или дисперсионные).

Одна из групп оптических призм; характеризуются том, что вошедшее в призму оптическое излучение (свет) испытывает внутри нее отражение от одной или последовательно от нескольких, ограничивающих её плоских полированных поверхностей (граней). Как и многие другие оптические призмы, отражательные призмы часто не являются призмами в строго геометрическом смысле.

От спектральных призм отражательные призмы отличаются тем, что пространственно не разделяют проходящее излучение по его частотам (т. е. не вызывают дисперсии света), от поляризационных призм - отсутствием двойного лучепреломления (отражательные призмы изготовляются большей частью из оптически изотропных материалов).

Назначение отражательных призм:

− преобразование перевернутого изображения в прямое;

− придание оптическому прибору компактной, сжатой конструкции;

− в перископических системах - осуществление наблюдения из-за прикрытия;

− для разделения одного пучка на две части или, наоборот, для соединения двух пучков (призмы с отражающими гранями);

− изменение направления визирной оси без поворота всего прибора (качающиеся призмы);

− устранение поворота изображения (призма Довэ);

− изменение расстояния между осями двух окуляров в бинокулярных приборах) и др.

Рисунок 42. Отражательные призмы

Отражение от граней отражательной призмы в большинстве случаев является полным внутренним отражением. Если угол падения луча на какую-либо грань меньше предельного, на эту грань снаружи наносится пленка зеркально отражающего покрытия (серебро, алюминий).

Введение в пучок лучей отражательной призмы оптически эквивалентно постановке на его пути плоскопараллельной пластинки с толщиной, равной расстоянию, проходимому лучами в материале призмы; при наклонном падении лучей на призму оно вызывает такое же поперечное смещение пучка и те же аберрации. Последние существенны лишь при работе с отражательной призмой в сходящихся и расходящихся пучках лучей; если же отражательная призма расположена в параллельном пучке, её аберрации практически не сказываются на качестве изображения.

Отражательные призмы для видимого света изготовляются из оптического стекла; для ИК излучения - из прозрачных для него специальных сортов стекла, из кремния, германия, флюорита, фтористого лития, иодистого цезия и др.; для УФ излучения - из кварца, флюорита, фтористого лития и др.

Ход лучей в главном сечении отражательной призмы подчиняется правилу оборачивания: отражательная призма с четным числом отражающих граней даёт прямое изображение (ромб, пентапризма), с нечетным - зеркальное пли перевернутое (прямоугольная отражательная призма, призма Дове). Это правило неприменимо, если отражения лучей происходят в разных сечениях; например, в прямоугольной отражательной призме с крышей получают прямое изображение. (Любая отражательная призма может быть превращена в отражательную призму с крышей, если заменить одну из ее отражательных граней двумя, угол между которыми составляет 90о. Назначение крышеобразных отражательных призм – обеспечить поворот изображения слева направо и наоборот.).

Призмы обозначают двумя прописными буквами русского алфавита и числом, указывающим угол отклонения осевого луча в градусах.

Первая буква обозначает число отражающих граней:

А – одну грань,

Б - две грани,

В – три грани.

При наличии в призме «крыши» после первой буквы ставят строчную букву «к», например Ак, Бк, Вк.

Вторая буква характеризует конструкцию призмы:

Р - равнобедренная,

С - ромбическая,

П - пентапризма,

У - полу-пентапризма,

Л - призма Лемана,

М - дальномерная.

Составные призмы обозначают прописной буквой, характеризующей ее название (А - призма Аббе, П - Пехана, Б - башмачная призма), и числом, указывающим угол отклонения луча в градусах. Отражательные призмы характеризуются коэффициентом призмы

С=d/D

(28)

где d - длина хода осевого луча в призме; D - диаметр пучка лучей, проходящих через призму. Рассмотрим примеры отражательных призм.

Рассмотрим наиболее часто применяемые в оптических приборах отражательные призмы и их основные характеристики.

АР-90°

Применяется для поворота оптической системы на 90° и разворота изображения на 180° в одной плоскости. При нанесении на гипотенузу призмы светоделительного покрытия служит для разделения пучка лучей на две части. Основные конструктивные параметры призмы: размеры А (мм), В (мм), H (мм), 90 + α (угл. сек), δ = 45°, П - пирамидальность (угл. сек). В призме АР-90° угол отклонения осевого луча ω =90, углы. α =β=45 Коэффициент призмы с равен 1.

Призма АР-90° образует зеркальное изображение предмета (одна отражающая грань).

Рисунок 43. АР-90°

АкР- 90° представляет собой равнобедренную призму АР-90°, у которой гипотенузная отражающая грань заменена двумя гранями с углом между ними, равным 90°. Углα=β=45° и γ=70°32', коэффициент призмы с =1,732. Прямоугольная призма с крышей применяется для разворотизображения на 180° в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях излома оси на 90°. Основные конструктивные параметры призмы: габаритные размеры призмы - A, C, углы 90°±α; 90°±β; разность 4-х углов - 60°.

Рисунок 44. АкР- 90°

Призма ромбическая БС-0°

Ромбическая призма является оптическим элементом с двумя отражающими гранями и применяется для параллельного смещения оси оптической системы. В бинокулярных приборах используется для изменения расстояния между осями

двух окуляров.

Основные конструктивные параметры призмы: Рисунок 45. БС-0°

отклонение входного - выходного лучей (α), габаритные размеры.

Призма Дове АР-0°

Призма Дове является оптическим элементом с одной отражающей гранью. Применяется как компенсационная призма для поворота изображения вокруг оси прибора. Угол поворота изображения в два раза больше угла поворота призмы.

Основные конструктивные параметры призмы: габаритные размеры, разность углов 45°±α

Пентапризма БП-90°

Пентапризма БП - 90° реализует основное свойство двойного зеркала -

при повороте системы из двух зеркал в плоскости, перпендикулярной ребру зеркал, выходящий из системы луч остается постоянным и не зависит от угла поворота зеркал.