Schmidt-Pechan-Prisma - Schmidt–Pechan prism

Ein Schmidt-Pechan-Prisma, Seitenansicht (oben) und 3D-Ansicht (unten).

Ein Schmidt-Pechan-Prisma ist eine Art optisches Prisma , mit dem ein Bild um 180 ° gedreht wird . Diese Prismen werden üblicherweise in Ferngläsern als Bildaufrichtungssystem verwendet . Das Schmidt-Pechan-Prisma verwendet einen Dachprismenabschnitt (aus dem Deutschen: "Dachkante", lit. Dachkante ). Ein Fernglas mit Schmidt-Pechan-Prismen kann kompakter konstruiert werden als ein Fernglas mit Porro- oder Abbe-Koenig- Dachprismen.

Ein Schmidt-Pechan-Prisma wird manchmal als Pechan-Prismenpaar bezeichnet.

Funktionsweise

Der Schmidt-Pechan basiert auf dem Pechan-Prisma- Design: Beide bestehen aus zwei Prismen, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind. Das Pechan-Design wird das Bild abhängig von der Ausrichtung des Prismas invertieren oder umkehren (umdrehen), jedoch nicht beide gleichzeitig. Bei der Schmidt-Pechan-Konstruktion wird das obere Prisma der Pechan-Konstruktion durch ein Schmidt-Dachprisma ersetzt , sodass das Schmidt-Pechan-Prisma das Bild sowohl invertieren als auch zurücksetzen und so als Bildrotator fungieren kann. Das untere Prisma ist als Halbpentaprisma oder Bauernfeind-Prisma bekannt . Die Händigkeit des Bildes wird vom Schmidt-Pechan nicht verändert.

Die beiden Prismen sind so konstruiert, dass der Eingangsstrahl und der Ausgangsstrahl koaxial sind, dh das Schmidt-Pechan-Prisma weicht nicht vom Strahl ab, wenn es auf der optischen Achse zentriert ist. Der "Dach" -Abschnitt des oberen Prismas dreht das Bild seitlich um (kehrt es um) mit zwei Totalreflexionen in der horizontalen Ebene von der Dachoberfläche: einmal auf jeder Seite des Dachs. Dieses letztere Reflexionspaar kann als eine Reflexion in der vertikalen Ebene betrachtet werden. Sowohl die Inversion als auch die Umkehrung zusammen bewirken eine 180 ° -Drehung des Bildes, weichen dabei jedoch um 45 ° vom Pfad ab. Das untere Prisma korrigiert dies, indem es den Strahl in einem Winkel von 45 ° mit dem oberen Prisma verbindet. Das untere Prisma verwendet eine interne Totalreflexion , gefolgt von einer zweiten Reflexion auf der Unterseite, um den Strahl in das zweite Schmidt-Prisma zu lenken. Diese zweite Reflexion im unteren Prisma erfolgt unter dem kritischen Winkel , daher benötigt das Schmidt-Pechan-Prisma eine reflektierende Beschichtung, damit diese Oberfläche in der Praxis verwendet werden kann. Dies ist anders als bei anderen Dachprismen wie dem Abbe-Koenig-Prisma, bei dem die Totalreflexion auf allen reflektierenden Oberflächen verwendet wird.

Probleme mit dem Schmidt-Pechan-Prisma

Glas-Luft-Übergänge

Alle Eintritts- und Austrittsflächen müssen optisch beschichtet sein, um Verluste zu minimieren. Die Art der Beschichtung muss jedoch sorgfältig ausgewählt werden, da die gleichen Flächen des Prismas sowohl als Eintrittsflächen (für eine gute Antireflexionsbeschichtung) als auch für innen reflektierende Flächen ( erfordern eine Beschichtung, die die Reflexion maximiert). Das Papier "Progress in Binocular Design" von Konrad Seil bei Swarovski Optik zeigt, dass einschichtige Antireflexbeschichtungen auf diesen Oberflächen den Bildkontrast maximieren.

Reflexionsverluste

Da der Einfallswinkel auf der Unterseite des unteren Prismas kleiner als der kritische Winkel ist , tritt keine Totalreflexion auf. Um dieses Problem zu mildern, wird auf dieser Oberfläche eine Spiegelbeschichtung verwendet. Typischerweise wird eine Aluminiumspiegelbeschichtung ( Reflexionsvermögen von 87% bis 93%) oder eine Silberspiegelbeschichtung (Reflexionsvermögen von 95% bis 98%) verwendet.

Die Transmission des Prismas kann weiter verbessert werden, indem eine dielektrische Beschichtung anstelle einer metallischen Spiegelbeschichtung verwendet wird. Dies bewirkt, dass die Prismenoberflächen als dielektrischer Spiegel wirken . Eine gut gestaltete dielektrische Beschichtung kann ein Reflexionsvermögen von mehr als 99% über das sichtbare Lichtspektrum liefern. Dieses Reflexionsvermögen ist im Vergleich zu einer Aluminium- oder Silberspiegelbeschichtung erheblich verbessert, und die Leistung des Schmidt-Pechan-Prismas ähnelt der des Porro-Prismas oder des Abbe-Koenig-Prismas.

Die erforderliche Spiegelbeschichtung fügt nicht nur einen Herstellungsschritt hinzu, sondern macht das Schmidt-Pechan-Dachprisma verlustbehafteter als die anderen Bildaufrichter mit Porro-Prisma oder Abbe-Koenig-Prisma, die nur auf Totalreflexionen beruhen. Eine dielektrische Spiegelbeschichtung ist in ihrer Reflexionseffektivität vergleichbar, verteuert jedoch den Schmidt-Pechan.

Phasenkorrektur

Der Schmidt-Pechan teilt außerdem die Phasenkorrekturprobleme mit anderen Dachprismen.

Verweise