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:
− 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:
При наличии в призме «крыши» после первой буквы ставят строчную букву «к», например Ак, Бк, Вк.
Вторая буква характеризует конструкцию призмы:
Л — призма Лемана,
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
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
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.
Рисунок 46. АР-0°Основные конструктивные параметры призмы: габаритные размеры: A, B, C, D; угловые размеры: 90°±α, 45°±β, π.
Рисунок 47. БП-90
Призма Пк-0°
Призма Пк-0° дает полное оборачивание изображения.
A=17,6 мм B=23,3 мм C=39,4 мм α=45°±40» β=22°30’±10» γ=45°±20» α1=90°±2»
Источник
Удаление загрязнений с оптических и механических деталей. Сборка зеркал и призм в оправах
Трейдинг криптовалют на полном автомате по криптосигналам. Сигналы из первых рук от мощного торгового робота и команды из реальных профессиональных трейдеров с опытом трейдинга более 7 лет. Удобная система мгновенных уведомлений о новых сигналах в Телеграмм. Сопровождение сделок и индивидуальная помощь каждому. Сигналы просты для понимания как для начинающих, так и для опытных трейдеров. Акция. Посетителям нашего сайта первый месяц абсолютно бесплатно .
При юстировке призмы Дове, необходимо, чтобы отражающая грань призмы была параллельна оси ее вращения, а последняя совпадала бы с визирной осью системы. Эти условия выполняются при юстировке призмы в оправе при помощи прокладок 3 (рис. 9), а иногда винтов. Юстировка производится при помощи коллиматора II
и зрительной трубы I, оси которых должны быть или совмещены, или параллельны (рис. 10). В этом случае изображение перекрестии сетки коллиматора будет совпадать с центром сетки зрительной трубы. Юстируемая призма I в цилиндрической оправе 2 устанавливается в призмах 3 столика юстировочной установки, который может вращаться (по стрелке а), подниматься или опускаться (по стрелке б) и наклоняться (по стрелке г).
При юстировке призму устанавливают так, чтобы отражающая грань была внизу или вверху. Так как при произвольном положении столика ось призмы не будет совпадать с осями коллиматора и зрительной трубы, то изображение сетки коллиматора сместится относительно центра сетки зрительной трубы. Движениями столика добиваются совмещения этих крестов. Поворачивают призму в оправе на 180° (по стрелке б), причем изображение нитей сетки коллиматора повернется па 360°.
Юстировка призмы выполняется методом половинных поправок. Половина величины смещения перекрестия устраняется движениями столика, а другая половина — наклонами призмы при помощи прокладок 3.
Существуют конструкции, позволяющие наклонять призму при помощи винтов. На рис. 11 показана одна из аналогичных конструкций, в которой наклоны призмы достигаются винтами, сжимающими стенку А оправы призмы. Такое крепление призмы находит применение в спектральных приборах (стилоскоп).
Данная конструкция позволяет легко и точно юстировать призму; однако при эксплуатации прибора в условиях сильной тряски и ударов юстировка призмы может нарушаться. Поэтому в приборах, работающих в указанных условиях, юстировка винтами не применяется и положение призмы определяется точными размерами посадочного отверстия в оправе призмы и незначительными наклонами призмы в оправе за счет толщины прокладок 3.
Если, при юстировке призмы Дове центры сеток коллиматора и зрительной трубы совмещены и горизонтальный (или вертикальный) штрих сетки совмещен с соответствующим штрихом сетки коллиматора, а перпендикулярный к нему штрих (например, АВ на рис. 12) сетки коллиматора наклонен относительно соответствующего штриха CD сетки трубки, то это означает, что призма обладает пирамидальностыо, которую исправить юстировкой невозможно. В этом случае необходимо призму Дове заменить.
После юстировки призма должна контролироваться на разрешающую силу, которая могла бы ухудшиться вследствие сильного сжатия призмы винтами, а также на натяжения, возникающие по той же причине.
1. Малов А.Н., Законников Обработка деталей оптических приборов. Машиностроение, 2006. — 304 с.
2. Бардин А.Н. Сборник и юстировка оптических приборов. Высшая школа, 2005. — 325с.
3. Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. Машиностроение, 2004. — 333 с.
4. Справочник технолога-оптика под редакцией М.А. Окатова, Политехника Санкт-Петербург, 2004. — 679 с.
Источник
Оптические призмы
Оптические призмы являются одним из основных элементов при создании оптических систем и оптических приборов. Призмы широко используются в оптических приборах различного назначения, таких как наблюдательные оптические приборы (телескопы, бинокли, микроскопы и другие), оптические приборы для регистрации изображений на электронных приёмниках, сложные многофункциональные оптические приборы. Причём, чем сложнее оптический прибор, тем большее количество и номенклатура оптических призм может в нём использоваться. Например, большое число сложных оптических призм используется в таких оптических приборах как спектральные оптические приборы, интерферометры, поляриметры и другие.
Оптические призмы в зависимости от их оптической конструкции функционально позволяют:
- Изменять ход лучей в оптических приборах;
- Изменять направление оптической оси системы;
- Изменять направление линии оптического визирования;
- Оборачивать оптические изображения;
- Уменьшать габариты оптических систем;
- Разделять пучки лучей в оптических системах;
- Объединять поля в оптических системах;
- Вращать в оптических системах изображения;
- Компенсировать в оптических системах поворот изображения;
- Разлагать белый свет в спектр;
- Получать поляризованный свет;
Следует отметить, что действие оптической призмы подобно зеркалу. однако в ряде случаев использовать оптические призмы удобнее, чем зеркала. Отметим некоторые преимущества призм перед зеркалами:
- Действие одной призмы, часто, заменяет действие системы зеркал. Углы между зеркалами должны регулироваться с большой точностью при сборке, система зеркал подвержена разъюстированию. Углы между гранями призмы неизменны;
- Потери света у призм от граней с полным внутренним отражением равны нулю, тогда как при отражении от поверхностей зеркал потери довольно велики; кроме того, отражающие покрытия зеркал с течением времени могут портиться;
- Конструкция крепления призм в оправах, как правило, проще чем системы зеркал, имеет меньшие габариты;
- Для некоторых призм нет эквивалентных зеркальных систем (например, призма Дове, полупента, некоторые виды спектральных призм).
Вместе с тем, встречаются оптические системы и оптические приборы, в которых замена оптических призм на зеркала целесообразна. Важнейшими факторами являются вес прибора (зеркала значительно легче призм), а также стоимость. Кроме того призмы в ряде случаев являются источниками хроматических и некоторых других аберраций.
Рабочие и нерабочие поверхности призмы — плоскости. Различают преломляющие рабочие поверхности призмы, через которые световой пучок входит в призму и выходит из нее, и отражающие поверхности призмы, от которых пучок отражается при прохождении внутри призмы. Число рабочих граней и взаимное их расположение определяет ход пучка внутри призмы и все преобразования пучка, которые при этом происходят.
Если осевой луч проходит внутри призмы в одной плоскости, то такую призму называют плоской. Если осевой луч идет в двух плоскостях, — такая призма называется пространственной.
Сечение призмы плоскостью, в которой проходит осевой луч пучка, называется главным сечением призмы; у плоских призм одно главное сечение, у пространственных главных сечений столько, сколько плоскостей, в которых проходит осевой луч.
Отражательные призмы. Основными характеристиками работы отражательных призм являются угол отклонения и смещение светового пучка, а также оборачивание изображения. Углом отклонения называется угол между направлениями осевого луча до и после призмы, причем, промежуточные отклонения луча внутри призмы во внимание не принимаются.
 |
| Рис.1 Примеры отражательных призм с одним и двумя отражениями |
Оборачивание изображения зависит от числа отражающих граней и их расположения в пространстве. Для плоских призм при четном числе отражающих граней изображение не оборачивается призмой, при нечетном — оборачивается в главном сечении. Для оборачивания изображения в плоскости, нормальной к главному сечению, одна из отражающих граней призмы заменяется крышей, которая представляет собой две отражающих поверхности, образующие двугранный угол 90°, симметрично расположенные относительно главного сечения призмы (рис.2).
 |
| Рис.2 Примеры призм с крышей |
Каждая оптическая призма обозначается двумя буквами и числом, разделенными знаком тире. Первая буква указывает число отражающих граней призмы ( А — одно отражение, Б — два, В — три), вторая — характер ее конструкции (Р — равнобедренная, П — пента-призма, У — полупента, С — ромбическая, Л — призма Лемана). Число обозначает угол отклонения осевого луча в градусах. При этом крыша считается за одну грань. Обозначается крыша индексом «к» у первой буквы. Для пространственных призм указываются углы отклонения в соответствующих плоскостях по ходу луча.
Плоские призмы с четным числом отражающих граней дают прямое изображение. При наклоне такой призмы в главной плоскости выходящий пучок лучей не отклоняется. Плоские призмы с нечетным числом отражающих граней дают зеркальное изображение предмета. При наклоне их в плоскости главного сечения лучи отклоняются на двойной угол.
Отражательные призмы развертываются в плоскопараллельную пластинку. Развертка призмы выполняется путем постепенного перевертывания контура главного сечения призмы вокруг отражающих граней по ходу луча в призме. Длина развертки призмы равна геометрической длине хода пучка в призме (рис. 3)
 |
| Рис.3 Пример построения развертки призмы |
Если призма не развертывается в плоскопараллельную пластинку, то она действует как клин с большим преломляющим углом и вызывает хроматизм и искажение изображения. Такие призмы применяются с дополнительным (компенсирующим) клином.
Призмы, представляющие собой комбинации из двух или большего числа простых типовых призм, скрепляемых в единый блок с помощью склейки или закрепления в оправе, называются составными или сложными. Они применяются в тех случаях, когда типовые призмы не подходят для проектируемой системы по габаритам или углу отклонения, или требуется уменьшить габариты системы. На рис.4 а,б приведены призмы с клином, рис.4 в,г — составные призмы прямого зрения.
 |
| Рис.4 Пример составных призм |
На рис.5 а,б приведены составные пространственные призмы, использующиеся как оборачивающие призменные системы — призменные системы Малафеева-Порро первого и второго рода соответственно.
 |
| Рис.5 Примеры пространственных призменных систем |
Обычное назначение отражательных призм — отклонение пучка и оборачивание изображения. Однако в оптических приборах часто применяются призмы, решающие и другие задачи, например, соединение или разделение пучков, разделение поля. Примеры призм, решающих подобные задачи, приведены на рис.6
 |
| Рис.6 Примеры светоделительных призм |
Спектральные призмы. Спектральной призмой называется многогранник, сделанный из прозрачного вещества, обладающего значительной дисперсией (dn/d l ). Угол выхода лучей из призмы зависит от длины волны излучения. Прохождение луча через призму связано с преломлением, зависящим от материала. Для изготовления хороших спектральных призм должен использоваться материал, прозрачный с исследуемой области спектра, обладающий большой дисперсией, высокой оптической однородностью и изотропностью, быть сравнительно недорогим и хорошо обрабатываться. Материал для поляризационных призм, напротив, должен быть анизотропным.
Для ультрафиолетовой части спектра часто используется природный кристаллический кварц, хотя он обладает двойным лучепреломлением, вращает плоскость поляризации, достаточно дорог и недоступен в виде больших кусков достаточной однородности и прозрачности. Получаемый искусственным выращиванием кварц достаточно однороден и свободен от двойного лучепреломления. Однако для видимой области кварцевые призмы малопригодны.
Для видимой области основным материалом для изготовления спектральных призм служит стекло. Как правило, спектральные призмы делают из тяжелых стекол типа флинт, обладающих большой дисперсией. Для большинства сортов тяжелых стекол большая дисперсия сопровождается значительным поглощением в коротковолновой части видимого спектра.
Поверхности призм из тяжелых флинтов подвержены воздействию химически агрессивной атмосфере. Заметные разрушения поверхности наблюдаются в призмах приборов, установленных в химических лабораториях, где в атмосфере присутствуют пары кислот.
Для призм с размерами более 100 мм трудно изготовить достаточно однородное стекло. Хорошие кристаллы кварца больших размеров встречаются также чрезвычайно редко. Эти обстоятельства ограничивают размеры призм в промышленных приборах. Призмы большого размера изготовлены в единичных лабораторных экземплярах.
Основные свойства призмы проще всего проследить на простейшей спектральной призме, форма которой показана на рис.7
 |
| Рис.7 Пример спектральной призмы |
Двугранный угол с ребром АВ называется преломляющим. Плоскости ABCD и ABC’D’ называются преломляющими гранями призмы. Плоскость, перпендикулярная ребру призмы и проходящая через его середину, называется плоскостью главного сечения.
Источник
