Порро призмасы: оптикалық құралдардағы бейне бағытын өзгертуші
Porro prism
Порро призмасы: оптикалық құралдарда суретті бұруға арналған, тікбұрышты үшбұрыш пішіндес призма. Жанама жарықтандыру арқылы 180° бұрады, бейімдеуге мүмкіндік береді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көрістіру призмасының түрі
Type of reflection prism
Оптикада Порро призмасы – оның ойлап табушысы Игнацио Порроның есімімен аталатын, оптикалық құралдарда кескіннің бағытын өзгерту үшін қолданылатын көрістіру призмасының бір түрі.
In optics, a Porro prism, named for its inventor Ignazio Porro, is a type of reflection prism used in optical instruments to alter the orientation of an image.
Сипаттама
Ол тік бұрышты үшбұрышты ұштары бар геометриялық призма тәрізді материалдан тұрады. Жұмыс істегенде, жарық призманың үлкен тіктөртбұрышты бетінен кіреді, еңкейген беттерінен екі рет толық ішкі шағылысқа ұшырайды және қайтадан үлкен тіктөртбұрышты бет арқылы шығады. Егер жарық шыныға нормаль түсіп кірсе және сол сияқты шықса, призма дисперсиялық қасиетке ие болмайды. Порро призмасы арқылы өтетін кескін 180° бұрылады және кірген жерінен қарама-қарсы бағытта, ығысып шығады. Бір Порро призмасы төбе призмасы сияқты жұмыс істей алады, бірақ оны сирек қолданады. Сондықтан, Порро призмасын өндіруге кететін шығынды азайту үшін, көбінесе төбе жиегі алынып тасталады. Кейде кіретін бетінде бір ғана кішкентай терезе және шығатын бетінде бір терезе ғана жылтыратылады. Төбе призмасы мен Порро призмасының арасындағы айырмашылық – төбе призмасында төбе жиегі кіретін және шығатын сәулелермен бір жазықтықта жатады, ал Порро призмасында (алынып тасталған) төбе жиегі сәулелер құрайтын жазықтыққа перпендикуляр болады. Бұдан өзге, төбе призмасында ығыс болмайды және әдетте 45° мен 90° аралығында ауытқу байқалады, ал бір Porro призмасында сәуле әдетте 180° ауытқып, кем дегенде бір сәуле диаметріне тең қашықтыққа ығысады. Порро призмалары оптикалық оське параллель емес жарық сәулелерін призманың гипотенузасынан ішкі жағынан шағылыстырып қайтара алады. Мұндай абаксиалды сәуле үшінші рет шағылысқаннан кейін призмадан шығады, соның салдарынан бейне жасамайтын, шашыраңқы жарық пайда болып, контраст төмендейді. Абаксиалды шағылыстарды призманың гипотенузалық бетінің ортасынан еніне саңылау немесе ойыс жасап жоюға болады, бұл зиянды шағылыстарды тоқтатады.
It consists of a block of material shaped like a right geometric prism with right angled triangular end faces. In operation, light enters the large rectangular face of the prism, undergoes total internal reflection twice from the sloped faces, and exits again through the large rectangular face. When the light enters and therefore exits the glass at normal incidence, the prism is not dispersive. An image travelling through a Porro prism is rotated by 180° and exits in the opposite direction offset from its entry point. While a single Porro prism can be constructed to work as well as a roof prism, it is seldom used as such. Therefore, to reduce the cost of production for a Porro prism, the edge of the roof is usually left out. Sometimes only one small window as an entrance surface and one window as exit surface are polished. The distinction between a roof prism and a Porro prism is that for the roof prism the roof edge lies in the same plane as entrance and exit beam, while for a Porro prism the (left out) roof edge is orthogonal to the plane formed by the beams. Furthermore, the roof prism has no displacement and a deviation typically between 45° and 90°, while in a single Porro prism the beam is typically deviated by 180° and displaced by a distance of at least one beam diameter. Porro prisms can reflect light rays that are not parallel to the optical axis in such a manner that they are internally reflected off the hypotenuse of the prism. Such an abaxial ray then emerges from the prism having been reflected a third time, thus introducing non image forming stray light and reducing contrast. Abaxial reflections can be eliminated by putting a groove or notch across the width of the hypotenuse face center of the prism, which blocks these detrimental reflections.
Екі Порро призмасы немесе Порро 1 оптикалық жүйесі
Порро призмалары көбінесе жұптармен қолданылады, осылайша қос Порро призмасын құрайды. Бірінші призмаға қатысты 90 градусқа бұрылған екінші призма, жарық екі призмадан да өтетіндей етіп орналастырылады. Призма жүйесінің жалқы нәтижесі – бастапқы бағытынан ығысқан, бірақ параллель сәуле, сурет 180 градусқа бұрылады. Қос Порро жүйесі төрт ішкі шағылысты қамтамасыз етеді. Жарық жұп санмен шағылысқандықтан, суреттің кеңістіктік бағдары өзгермейді. Қос Порро призма жүйелері кішкентай оптикалық телескоптарда төңкерілген суретті түзеу үшін қолданылады (бұл жүйе суретті тіктеу жүйесі деп аталады), әсіресе көптеген бинокльдерде олар суретті тіктеумен қатар, объективтер мен окулярлар арасындағы қашықтықты ұзартып, бүктеуге мүмкіндік береді. Егер екі призманың арасында ауа қуысы болса, онда төрт шыны-ауа шекаралық беті пайда болады. Кейде қос Порро жүйесінің екі бөлігі біріктіріледі, ал призмалар салмақ пен көлемді азайту және шыны-ауа шекаралық беттерін екіге дейін азайту үшін қиындатылуы мүмкін, осылайша жарық трансляциясының жоғалуына себеп болады.
Porro prisms are most often used in pairs, forming a double Porro prism. A second prism rotated 90° with respect to the first, is placed such that light will traverse both prisms. The net effect of the prism system is a beam parallel to but displaced from its original direction, with the image rotated 180°. A double Porro system provides four internal reflections. Since the light is reflected an even number of times, the image's handedness is not changed. Double Porro prism systems are used in small optical telescopes to re orient an inverted image (an arrangement is known as an image erection system), and especially in many binoculars where they both erect the image and provide a longer, folded distance between the objective lenses and the eyepieces. When there is an air gap between the two prism there are four glass/air transition surfaces. Sometimes, the two components of the double Porro system are cemented together, and the prisms may be truncated to save weight and size and reduce glass/air transition surfaces to two and hence light transmission loss.
Porro 2 оптикалық жүйесі
Сонымен қатар, екінші типті Порро призмасының нұсқасы бар, ол әртүрлі пішіндегі үш призмадан тұрады, олар біріктіріліп, көбінесе цементтеледі және сәуле жолын төрт рет 90° бұрады. Екі жақты шағылыстыратын жартылай текше призма екі кішкентай, бір жақты ғана шағылыстыратын жартылай текше призманың арасына орналастырылады. Сыртқы призмалардың бас бөліктері орталық призмаға тік бұрышпен орналастырылған. Оның артықшылығы – сәуле жолының тік қалыпта жылжуы болмайды. Екінші типті Порро призмасының оптикалық жүйелері жиі қолданылмайды және көбінесе үлкен және әскери бинокльдерде қолданылады.
There is also a Porro prism of the second type variant, which consists of three prisms of different shapes that can be and commonly are cemented together and also deflects the beam path four times by 90°. A double reflecting half cube prism is placed between two smaller, only once reflecting half cube prisms. The principal sections of the outer prisms are arranged at right angles to the central prism. Its advantage is that there is no vertical offset of the beam path. Porro prism of the second type optical systems are not very common and generally applied in larger and military binoculars.
PorroAbbe және PorroPerger оптикалық жүйелері
Екінші типтегі Порро призмасының ұқсас функциясы бар тағы бір нұсқасы – Порро-Аббе призмасы; ол бинокльдегі дәстүрлі екі Порро призма жүйесімен салыстырғанда сәуленің бүйірлік осын 23%-ға ығыстыруды азайтатын екі призмалы нұсқа. Порро-Аббе екі призмалы нұсқасы Поргер призмасына дейін жетілдірілді, ол Порро және төбелік призманың қасиеттерін біріктіреді, сәуле жолын минималды түрде ығыстырып, сонымен қатар өлшеу сәулесін немесе жарықтандырылған дисплейді айна беттері мен біріктірілген беттің өзгерген бұрышы арқылы шағылыстыруға мүмкіндік береді. 2013 жылдан бастап Поргер призмалары лазерлік қашықтық өлшегішпен жабдықталған Поргер-Порро призмалық жүйелі бинокльдерде коммерциялық түрде шектеулі қолданылады.
Another variant of the Porro prism of the second type with the same function is the Porro–Abbe prism; a two prisms variant that reduces the lateral beam axis offset by 23% compared to a traditional double Porro prism system in binoculars. The Porro–Abbe two prisms variant has been further developed into the Perger prism, which combines the properties of Porro and roof top prism, requiring only a small offset of the beam path and also enabling a measuring beam or an illuminated display to be reflected through the changed angle of the reflection surfaces and the cemented surface. As of 2013 Perger prisms are commercially used on a small scale in Perger–Porro prism system binoculars with integrated laser range finders.
Таблицалар
Дәстүрлі түрде бинокльдер екі Порро призмасынан тұратын конструкцияны қолданды, нәтижесінде ерекше қалыптасқан, зигзаг тәрізді пішін пайда болды. Шатыр призмалық конструкциялар сыртқы түрін қарапайымдауға мүмкіндік береді және қазір кең таралған, бірақ оларды өндіруге көбірек шығын кетіп жатады. Өндірістің күрделі талаптары жоғары сапалы шатыр призмалық бинокльдерді, оптикалық сапасы бірдей Порро призмалық бинокльдерге қарағанда салыстырмалы түрде қымбатқа түседі. Жақсы сапалы Порро призмалық конструкциялы бинокльдерде көбінесе призмалардың гипотенузалық бетінің ортасынан бүкіл еніне дейін терең ойыстар немесе тіліктер жасалады, бұл кескін сапасын төмендететін, қалыптастырмайтын шағылысуларды жоюға көмектеседі. Адам көзінің қашықтығы эргономикалық тұрғыдан шектелгендіктен, үлкен диаметрлі (60 мм-ден кең) объектив линзалары мен окулярлардың арақашықтығы және бөлінуі стереоскопиялық оптикалық құралда маңызды артықшылыққа айналады. 2020 жылдардың басында Порро призмалық бинокльдердің коммерциялық нарықтағы үлесі басқа призмалық типтегі оптикалық конструкцияларға қарағанда екінші орынға түсті.
Traditionally binoculars used a double Porro prism design, which resulted in a distinctive offset, zig zag shape. Roof prism designs allow a simpler exterior, and are now common but they are more expensive to produce. Complicating production requirements make high quality roof prism design binoculars relatively costly to produce compared to in optical quality equivalent Porro prism binoculars. Good quality Porro prism design binoculars often feature about deep grooves or notches ground across the width of the hypotenuse face center of the prisms, to eliminate image quality reducing abaxial non image forming reflections. As human eyes are ergonomically limited by their interpupillary distance the offset and separation of big (60+ mm wide) diameter objective lenses and the eyepieces becomes a practical advantage in a stereoscopic optical product. In the early 2020s the commercial market share of Porro prism type binoculars had become the second numerous compared to other prism type optical designs.