Введение

Крышевая призма, также называемая призмой Дахкантен или призмой Дах (от немецкого: Dachkante, буквально «край крыши»), — это отражающая призма, содержащая участок, где две грани пересекаются под углом 90°, напоминая крышу здания, отсюда и название. Отражение от этих двух 90-градусных граней возвращает изображение, перевернутое зеркально по оси их пересечения. Характерной особенностью крышевой призмы является то, что луч разделяется на две части: одна половина луча сначала отражается от одной грани, а затем от другой, в то время как для другой половины луча происходит обратное. Поэтому крышевую призму можно использовать только на некотором расстоянии от фокальных плоскостей, иначе «край» крыши будет вносить небольшие искажения. Кроме того, угол между двумя гранями должен быть очень близок к 90°, иначе качество изображения ухудшится. Самая простая крышевая призма — призма Амичи, другие распространенные конструкции — призмы Аббе-Кёнига и Шмидта-Пехана, а, пожалуй, самая известная — пентапризма с крышей (изображена справа). Призма Порро не является крышевой призмой, вопреки распространенному мнению, поскольку две её 90-градусные грани обычно не пересекаются и, следовательно, не образуют «края крыши».

Фазовая коррекция

Многократные внутренние отражения вызывают фазовую задержку прошедшего света, зависящую от поляризации, подобно ромбу Френеля. Эту задержку необходимо подавлять с помощью многослойных фазокорректирующих покрытий, нанесенных на одну из граней крыши, чтобы избежать нежелательных интерференционных эффектов и потери контраста изображения. Диэлектрические фазокорректирующие покрытия для призм наносятся в вакуумной камере, возможно, с использованием тридцати или более различных слоев, осажденных методом напыления, что делает процесс производства сложным. В крышевой призме без фазокорректирующего покрытия s- и p-поляризованный свет приобретают различную геометрическую фазу при прохождении через верхнюю призму. При рекомбинации этих двух поляризованных компонент интерференция между s- и p-поляризованным светом приводит к разному распределению интенсивности перпендикулярно к краю крыши по сравнению с распределением вдоль края крыши. Этот эффект снижает контраст и разрешение изображения перпендикулярно краю крыши, ухудшая качество изображения по сравнению с системой прямого зрения, использующей призмы Порро. Этот эффект дифракции на краю крыши также может проявляться в виде дифракционного пика, перпендикулярного краю крыши, возникающего от ярких точек на изображении. В технической оптике такая фаза также известна как фаза Панчаратнама, а в квантовой физике эквивалентное явление называется фазой Берри. Этот эффект можно наблюдать в удлинении диска Эйри в направлении, перпендикулярном гребню крыши, поскольку это связано с дифракцией от разрыва на гребне крыши. Нежелательные интерференционные эффекты подавляются путем нанесения методом напыления специального диэлектрического покрытия, известного как фазокомпенсирующее покрытие, на грани крыши призмы. Эти фазокорректирующие покрытия, или P-покрытия, на гранях крыши были разработаны в 1988 году Адольфом Вейраухом в компании Carl Zeiss. Вскоре за ним последовали и другие производители, и с тех пор фазокорректирующие покрытия повсеместно используются в биноклях среднего и высокого класса с крышевыми призмами. Это покрытие корректирует разницу в геометрической фазе между s- и p-поляризованным светом, обеспечивая практически одинаковый сдвиг фазы для обоих, что предотвращает интерференцию, ухудшающую качество изображения. С технической точки зрения, слой фазокорректирующего покрытия не корректирует фактический сдвиг фазы, а скорее частичную поляризацию света, возникающую в результате полного внутреннего отражения. Такая коррекция всегда может быть выполнена только для определенной длины волны и угла падения; однако, возможно приблизительно скорректировать крышевую призму для полихроматического света путем наложения нескольких слоев. Таким образом, с 1990-х годов бинокли с крышевыми призмами достигли значений разрешения, которые ранее были доступны только для призм Порро. Наличие фазокорректирующего покрытия можно проверить на нераспечатанном бинокле с помощью двух поляризационных фильтров.