Жамысалы призмалар және олардың оптикалық қасиеттері
Roof prism
Жасыратын призма – оптикалық құрал, бейнелерді кернеуге қолданылады. Қос 90° жағынан шағылыс, бейне бұрылысын қамтамасыз етеді. Призманың қасиеттері мен қолданылуы.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Шатыр призмасы, сондай-ақ Дахкантен призмасы немесе Дах призмасы деп те аталады (неміс тілінде: Dachkante, сөзбе-сөз "шатыр жиегі"), – екі жағы 90° бұрышта түйіскен бөлігі бар, ғимараттың шатырына ұқсас және осы себепті осылай аталған жарық қайтаратын призма. Екі 90° жақтан шағылысқан сәулелер, жақтардың түйіскен осы бойынша көлденең бұрылған бейнені қайтарады. Шатыр призмасының ерекшелігі – сәуле екіге бөлінеді, сәуленің бір жартысы бірінші жаққа, содан кейін екінші жаққа түседі, ал сәуленің екінші жартысы керісінше. Сондықтан, шатыр призмасын тек фокустық жазықтықтан белгілі бір қашықтықта қолдануға болады, әйтпесе шатырдың "жиегі" аз ғана бұрмалауларға әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, екі жақ арасындағы бұрыш 90°-қа өте жақын болуы керек, әйтпесе бейне сапасы нашарлайды. Ең қарапайым шатыр призмасы – Amici шатыр призмасы, ал басқа да көп қолданылатын шатыр призмалары – Abbe–Koenig призмасы, Schmidt–Pechan призмасы және, ең танымал болғаны – шатыр пентапризмасы (сурет оң жақта). Порро призмасы, көптеген адамдардың ойынша, шатыр призмасы емес, себебі Порро призмасының екі 90° жағы көбінесе түйіспейді, демек шатыр жиегін құрамайды.
A roof prism, also called a Dachkanten prism or Dach prism (from German: Dachkante, lit. "roof edge"), is a reflective prism containing a section where two faces meet at a 90° angle, resembling the roof of a building and thus the name. Reflection from the two 90° faces returns an image that is flipped laterally across the axis where the faces meet. Characteristic for a roof prism is that the beam is split in half, with one half of the beam hitting first one face then the other face, while it is invert for the other half of the beam. Therefore, a roof prism can be used only with some distance to focal planes, or the "edge" of the roof would introduce slight distortions. Furthermore, the angle between the two faces has to be very close to 90°, or image quality would be degraded. The simplest roof prism is the Amici roof prism, with other common roof prism designs being the Abbe–Koenig prism, the Schmidt–Pechan prism and probably the best known being the roof pentaprism (pictured right). A Porro prism is not a roof prism contrary to popular notion, as the Porro prism's two 90° faces usually don't meet and therefore don't form a roof edge.
Фазалық түзету
Көптеген ішкі шағылыстар Френель ромбына ұқсас түрде, таралған жарықтың поляризацияға тәуелді фазалық кешігуіне әкеледі. Бұл жағымсыз кедергілер мен кескіндегі контрасттың төмендеуіне жол бермеу үшін, шатырдың бір бетіне көп қабатты фазалық түзету жабындары қолданылуы тиіс. Диэлектрлік фазалық түзету призмалық жабындары вакуумдік камерада, жиырма бес немесе одан да көп түрлі, бірінің үстіне бірі жапсырылған бу жабықтарының түзілуі арқылы жасалады, бұл өндірістің күрделі процесі болып табылады. Фазалық түзету жабыны жоқ шатыр призмасында, s поляризацияланған және p поляризацияланған жарық жоғарғы призмадан өтетін кезде әрқайсысы әртүрлі геометриялық фазаға ие болады. Екі поляризацияланған компонент қайта біріктірілгенде, s поляризацияланған және p поляризацияланған жарық арасындағы кедергі, шатырдың шетіне перпендикуляр бағытта, шатырдың шеті бойымен салыстырғанда, әртүрлі интенсивтілік үлестірімін тудырады. Бұл эффект кескіндегі контрастты және ажыратымдылықты төмендетеді, нәтижесінде Porro призмалық жүйесінен алынған кескінге қарағанда нашар кескін пайда болады. Бұл шатырдың шетінің дифракциялық әсері, суреттегі жарқын нүктелерден туындаған, шатырдың шетіне перпендикуляр дифракциялық шоқ түрінде де көрінуі мүмкін. Техникалық оптикада мұндай фаза Панчаратнам фазасы деп аталады, ал кванттық физикада оған тең құбылыс Берри фазасы деп аталады. Бұл эффектті, Аири дискісінің шатырдың қырға перпендикуляр бағытта созылуынан көруге болады, себебі бұл шатырдың қырындағы үзілістен туындаған дифракция. Жағымсыз кедергілерді, шатыр призмасының шатыр бетіне, фазалық компенсация жабыны деп аталатын арнайы диэлектрлік жабынды жабу арқылы жоюға болады. Бұл фазалық түзету жабыны немесе P жабыны 1988 жылы Карл Цейсс компаниясында Адольф Вейраухпен әзірленді. Көп ұзамай басқа өндірушілер де осы жолға түсті және содан бері фазалық түзету жабындары орта және жоғары сапалы шатыр призмалы бинокльдерде кеңінен қолданылады. Бұл жабын s және p поляризацияланған жарықтың геометриялық фазасы арасындағы айырмашылықты түзетуге мүмкіндік береді, осылайша олардың екеуі де бірдей фазалық өзгеріске ие болады, бұл кескіннің нашарлауына әкелетін кедергілерді болдырмайды. Техникалық тұрғыдан алғанда, фазалық түзету жабыны нақты фазалық өзгерісті түзетпейді, бірақ толық шағылысу нәтижесінде туындаған жарықтың ішінара поляризациясын түзетіп, оны жақсартады. Мұндай түзету әрқашан белгілі бір толқын ұзындығы мен түсу бұрышы үшін ғана жасалуы мүмкін; алайда, бірнеше қабаттарды біріктіру арқылы шатыр призмасын полихроматикалық жарыққа жуықтап түзетуге болады. Осылайша, 1990 жылдардан бастап шатыр призмалы бинокльдер бұрын тек Porro призмаларымен ғана қол жеткізілетін ажыратымдылық деңгейлеріне қол жеткізе алды. Фазалық түзету жабынының бар-жоқтығын, ашылмаған бинокльдерде екі поляризациялық сүзгіні пайдалану арқылы тексеруге болады.
The multiple internal reflections cause a polarization dependent phase lag of the transmitted light, in a manner similar to a Fresnel rhomb. This must be suppressed by multilayer phase correction coatings applied to one of the roof surfaces to avoid unwanted interference effects and a loss of contrast in the image. Dielectric phase correction prism coatings are applied in a vacuum chamber with maybe thirty or more different superimposed vapor coating layers deposits, making it a complex production process. In a roof prism without a phase correcting coating, s polarized and p polarized light each acquire a different geometric phase as they pass through the upper prism. When the two polarized components are recombined, interference between the s polarized and p polarized light results in a different intensity distribution perpendicular to the roof edge as compared to that along the roof edge. This effect reduces contrast and resolution in the image perpendicular to the roof edge, producing an inferior image compared to that from a porro prism erecting system. This roof edge diffraction effect may also be seen as a diffraction spike perpendicular to the roof edge generated by bright points in the image. In technical optics, such a phase is also known as the Pancharatnam phase, and in quantum physics an equivalent phenomenon is known as the Berry phase. This effect can be seen in the elongation of the Airy disk in the direction perpendicular to the crest of the roof as this is a diffraction from the discontinuity at the roof crest. The unwanted interference effects are suppressed by vapour depositing a special dielectric coating known as a phase compensating coating on the roof surfaces of the roof prism. These phase correction coating or P coating on the roof surfaces was developed in 1988 by Adolf Weyrauch at Carl Zeiss Other manufacturers followed soon, and since then phase correction coatings are used across the board in medium and high quality roof prism binoculars. This coating corrects for the difference in geometric phase between s and p polarized light so both have effectively the same phase shift, preventing image degrading interference. From a technical point of view, the phase correction coating layer does not correct the actual phase shift, but rather the partial polarization of the light that results from total reflection. Such a correction can always only be made for a selected wavelength and for a specific angle of incidence; however, it is possible to approximately correct a roof prism for polychromatic light by superimposing several layers. In this way, since the 1990s, roof prism binoculars have also achieved resolution values that were previously only achievable with porro prisms. The presence of a phase correction coating can be checked on unopened binoculars using two polarization filters.