Введение
Тип отражающей призмы
В оптике призма Порро, названная в честь своего изобретателя Игнацио Порро, является типом отражающей призмы, используемой в оптических приборах для изменения ориентации изображения.
Описание
Он состоит из блока материала в форме прямоугольной геометрической призмы с прямоугольными треугольными торцевыми поверхностями. В работе свет входит в большую прямоугольную грань призмы, дважды претерпевает полное внутреннее отражение от наклонных граней и снова выходит через большую прямоугольную грань. Когда свет входит и, следовательно, выходит из стекла под нормальным углом падения, призма не обладает дисперсией. Изображение, проходящее через призму Порро, поворачивается на 180° и выходит в противоположном направлении со смещением относительно точки входа. Хотя одиночную призму Порро можно сконструировать для работы так же эффективно, как и призму с крышей, она редко используется в таком качестве. Поэтому, для снижения себестоимости производства призмы Порро, ребро крыши обычно не формируется. Иногда полируют только одно небольшое окно в качестве входной поверхности и одно окно в качестве выходной поверхности. Отличие призмы с крышей от призмы Порро заключается в том, что для призмы с крышей ребро крыши лежит в одной плоскости с входящим и выходящим лучами, а для призмы Порро (не сформированное) ребро крыши ортогонально плоскости, образованной лучами. Кроме того, призма с крышей не имеет смещения, а отклонение обычно составляет от 45° до 90°, в то время как в одиночной призме Порро луч обычно отклоняется на 180° и смещается на расстояние не менее одного диаметра луча. Призмы Порро могут отражать световые лучи, не параллельные оптической оси, таким образом, чтобы они внутренне отражались от гипотенузы призмы. Такой абаксиальный луч затем выходит из призмы, отразившись в третий раз, что приводит к появлению не формирующего изображения паразитном свете и снижению контрастности. Абаксиальные отражения можно устранить, нанеся канавку или выемку по ширине центральной гипотенузы призмы, которая блокирует эти нежелательные отражения.
Двойная призма Порро или оптическая система Порро 1
Призмы Порро чаще всего используются парами, образуя двойную призму Порро. Вторая призма, повёрнутая на 90° относительно первой, располагается таким образом, чтобы свет проходил через обе призмы. Итоговый эффект системы призм – луч, параллельный исходному, но смещённый от него, с изображением, повёрнутым на 180°. Двойная система Порро обеспечивает четыре внутренних отражения. Поскольку свет отражается чётное количество раз, ориентация изображения не изменяется. Системы двойных призм Порро используются в небольших оптических телескопах для переориентации перевёрнутого изображения (такая компоновка известна как система выпрямления изображения), и особенно в биноклях, где они одновременно выпрямляют изображение и обеспечивают увеличенное, сложенное расстояние между объективами и окулярами. При наличии воздушного зазора между двумя призмами возникают четыре поверхности перехода стекло/воздух. Иногда компоненты двойной системы Порро цементируются вместе, а призмы могут быть усечены для уменьшения веса и габаритов, а также для сокращения числа поверхностей перехода стекло/воздух до двух, что снижает потери светопропускания.
Оптическая система Porro 2
Существует также призма Порро второго типа, состоящая из трех призм различной формы, которые могут быть и обычно склеиваются вместе, и отклоняют луч света четыре раза на 90°. Двойная отражающая полукубическая призма располагается между двумя меньшими полукубическими призмами, отражающими луч только один раз. Главные сечения внешних призм ориентированы перпендикулярно главной плоскости центральной призмы. Ее преимущество заключается в отсутствии вертикального смещения луча. Оптические системы с призмой Порро второго типа не очень распространены и обычно используются в крупных и военных биноклях.
Варианты оптических систем PorroAbbe и PorroPerger
Другой вариант призмы Порро второго типа с той же функцией — призма Порро-Аббе; конструкция из двух призм, которая уменьшает боковое смещение оптической оси луча на 23% по сравнению с традиционной системой двойных призм Порро в биноклях. Конструкция из двух призм Порро-Аббе была далее развита в призму Пергера, которая сочетает в себе свойства призмы Порро и призмы прямого угла, требуя лишь небольшого смещения траектории луча и позволяя отражать измерительный луч или освещенный дисплей благодаря измененному углу отражающих поверхностей и цементированной поверхности. По состоянию на 2013 год призмы Пергера в небольших масштабах коммерчески используются в биноклях системы Пергера-Порро с интегрированными лазерными дальномерами.
Бинокль
Традиционно в биноклях использовалась двойная призма Порро, что придавало им характерную смещенную, зигзагообразную форму. Конструкция с крышеобразной призмой позволяет создать более простой внешний вид и сейчас широко распространена, но её производство обходится дороже. Сложность производственных требований делает высококачественные бинокли с крышеобразной призмой относительно дорогими в производстве по сравнению с биноклями с призмами Порро, сопоставимыми по оптическому качеству. Бинокли хорошего качества с конструкцией призмы Порро часто имеют глубокие канавки или вырезы, шлифованные по ширине центра гипотенузы призмы, для устранения абаксиальных не образующих изображение отражений, снижающих качество изображения. Поскольку человеческий глаз эргономически ограничен межзрачковым расстоянием, смещение и разделение больших (более 60 мм в диаметре) объективов и окуляров становится практическим преимуществом в стереоскопическом оптическом приборе. К началу 2020-х годов доля биноклей с призмами Порро на коммерческом рынке стала второй по величине среди других типов оптических конструкций с призмами.