§ 9. Отражательные призмы

Призма — оптическая деталь с плоскими поверхностями, об­разующими между собой двугранные углы.

Различают призмы: преломляющие (в том числе оптические клинья) (§ 16), спектральные, поляризационные и отражатель­ные. Спектральные и поляризационные призмы здесь не рас­сматриваются. Отражательные призмы ( Призма, имеющая отражательные грани, называется отражательной призмой) отличаются тем, что угол падения любого луча па входную грань равен углу пре­ломления этого луча на выходной грани. Как правило, это призмы полного внутреннего отражения.

По сравнению с плоскими зеркалами отражательные призмы имеют ряд преимуществ: одна призма может заменить одно, два зеркала и более; призма надежнее устанавливается и юстируется в приборе, при этом углы между отражающими гранями призмы всегда остаются постоянными; в призмах пол­ного внутреннего отражения отсутствуют потери света (но когда углы падения близки к углу ε_max лучи света отража­ются неполностью, некоторые из них преломляются, что вызы­вает частичное затемнение поля зрения оптической системы— это существенный недостаток отражательных призм, по этой причине, например, в пентапризмах отражательные грани амальгамируются); призма Дове и другие призмы применя­ются более широко, чем системы плоских зеркал, и их нельзя заменить зеркалами; в отражательных призмах не возникает двоения луча.

Важной характеристикой отражательных призм является длина хода луча в призме. Отношение длины хода луча в призме к диаметру отверстия пучка лучей называется коэф­фициентом призмы.

Для отражательной призмы должно выполняться условие: призма, если ее разверткой является плоскопараллельная пластинка, в параллельном пучке лучей не должна давать хро­матизма. (Развертка призмы заключается в нахождении плоскопараллельной пластинки, эквивалентной призме по геометрической длине хода осевого луча )

В геодезических приборах применяют одинарные отража­тельные призмы, составные призмы и системы призм. Призмы с четным числом отражательных граней дают конгруэнтное изображение предмета, с нечетными — неконгруэнтное (зер­кальное). Исключением является призма-«крыша».

Принято единое обозначение отражательных призм. Каж­дую призму обозначают двумя буквами и числом градусов в угле, на который отклоняется луч после прохождения через призму. Первая буква указывает на число отражающих граней: А — одна, Б — две, В — три. Вторая буква характеризует конструкцию призмы: P-—равнобедренная, П — цента, У — полупента, С — ромбическая, Л -- Лемана, M—дальномерного типа. Крышу условно считают за одну грань и обозначают ин­дексом «К» у первой буквы. Из любой отражательной призмы можно получить «крышу», если заменить одну отражательную грань крышей (две отражательные грани, установленные под углом 90°). Каждую составную призму (систему призм) обо­значают начальной - буквой ее названия и числом градусов в угле, на который отклоняется луч. Например, А — 0° — призма Аббе, угол отклонения 0°, П — 0° — призма Пехана, угол отклонения 0°.

На рис. 15 представлены примеры одинарных призм с од­ной (а, б, в], двумя (г, д, е, ж) и тремя (з) отражающими гра­нями. Первые три призмы дают полуобращенное (зеркальное) изображение, причем призма Дове удлиняет ход луча «крыша» (см. рис. 15, в] изменяет направление луча. Призма БР—180° с двумя отражающими гранями (см. рис. 15, г) дает обращен­ное изображение, смещая и оборачивая луч. Ромбопризма (см. рис. 15, д) смещает луч параллельно самому себе, как плоско­параллельная пластинка (изображение не изменяется). Пентапризма (см. рис. 15, е) поворачивает направление луча на 90°, не изменяя изображении. Полупентапризма (см. рис. 15, ж), не изменяя изображения, меняет направление луча на 45°. Призма Шмидта (см. рис. 15, з) дает полуобращенное изобра­жение и изменяет направление луча на 45°.

Составные призмы, приведенные на рис. 16, дают зеркаль­ные изображения, причем в призме-кубе (рис. 16, а) склеенная грань посеребрена, а в призме Аббе (рис. 16, б) посеребрена вторая отражающая грань.

На рис. 17 показаны оборачивающие системы. В системе Порро первого рода (рис. 17, а) главным требованием при установке является взаимная перпендикулярность прямоугольных ребер AB одной и CD второй призм. На рис. 17, б пока­зана система Порро второго рода. Обе эти системы дают об­ращенное изображение, смещают луч, но не изменяют его на­правления.

Приведенные на рис. 15, 16, 17 и другие отражательные призмы и системы призм находят широкое применение в гео­дезических приборах.

Отражательные призмы применяются для изменения на­правления оптической оси системы (в нивелирах с компенса­торами, номограммных тахеометрах и кипрегелях); оборачи­вания изображения (в зрительных трубах с прямым изобра­жением); удлинения габаритного хода луча; разделения пуч­ков лучей и в других случаях, наряду с системами плоских зеркал.

Например, призмы АР-90⁰, БР-180⁰ являются составными частями большинства оптических отсчетных и других систем.

Призма Дове используется в юстировочных приборах для по­верки главного условия в нивелирах, в номограммных тахео­метрах для удлинения хода луча. Полупентапризма применя­ется как окулярная призма в кипрегеле KH, создавая удобства для наблюдателя, особенно при больших наклонах трубы. Ромб-призма используется в оптическом микрометре Редта. Пентапризма применяется в оптических отсчетных и визуаль­ных системах, в эккерах, всюду, где углы падения могут изме­няться (в нивелире Н-10КЛ в оптическую систему включены две пентапризмы). Оборачивающие системы находят примене­ние в нивелирах с компенсаторами [NiB (MOM) — система Порро II рода] и используются в трубах с прямым изображе­нием. Составные призмы чаще применяют в сложных нестан­дартизованных геодезических приборах.

Призмы, или призменные отражательные системы, должны проверяться на возможность появления вредных (паразитных) отражений. Паразитных изображений можно избежать, если полный размер призмы не превышает требуемого светового размера, или путем применения специальных шторок.

Рис. 11. Изменение направления луча, отраженного зеркалом