กล้องส่องทางไกลปริซึมหลังคาทำงานอย่างไร

เมื่อคุณดูกล้องส่องทางไกลที่วางขาย คุณจะสังเกตเห็นว่ามีกล้องสองประเภท: แบบธรรมดา แบบหนา และแบบบางมีสไตล์

เลนส์ทั่วไปขนาดใหญ่ที่คุณอาจเห็นในการ์ตูนเรียกว่ากล้องส่องทางไกล Porro Prism ส่วนประเภทอื่นๆ ที่บางเรียกว่ากล้องส่องทางไกล Roof Prism หรือกล้องส่องทางไกล Dach Prism ในภาษาเยอรมัน

กล้องส่องทางไกลปริซึมหลังคามีลักษณะเป็นส่วนที่มีรูปร่างคล้ายหลังคาตามชื่อ น่าประหลาดใจที่การออกแบบหลังคาปริซึมมีอยู่แล้วในปลายศตวรรษที่ 19 เพียงไม่กี่ทศวรรษหลังจากที่มีการประดิษฐ์กล้องส่องทางไกล Porro Prism

ล่าสุด กล้องส่องทางไกล Roof Prism ได้รับความนิยมมากกว่า Porro Prism เนื่องจากมีการออกแบบที่มีสไตล์ ในโพสต์นี้ ผมจะอธิบายพร้อมรูปถ่ายว่ากล้องส่องทางไกล Roof Prism ทำงานอย่างไร

มีอะไรอยู่ในกล้องส่องทางไกล Roof Prism?

การออกแบบหลังคาปริซึมมีอยู่สองสามประเภท เช่น Abbe-Koenig และ Schmidt-Pechan แต่ละการออกแบบมีข้อดีของตัวเอง แต่การออกแบบปริซึม Shmidt-Pechan Prism มักใช้ในกล้องส่องทางไกล

นี่คือเส้นทางแสงของกล้องส่องทางไกล Roof Prism (การออกแบบ Schmidt-Pechan) สังเกตว่าการสะท้อนค่อนข้างซับซ้อนตรงนี้

มีการติดตั้งปริซึมไว้เลยเลนส์ใกล้วัตถุ

ในแผนภาพนี้ (ด้านล่าง) เห็นได้ชัดว่ามีการสะท้อนสามครั้งในปริซึมชมิดต์ แต่ในความเป็นจริง มีการสะท้อนสี่ครั้งเกิดขึ้น

ปริซึม Shmidt มีหลังคาซึ่งภาพจะหมุนได้ 180 องศาและพลิกในแนวนอนในเวลาเดียวกัน ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถทำให้กล้องส่องทางไกลมีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้น

ปริซึมเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการหมุนภาพ 180 องศาเพื่อให้ได้ภาพตั้งตรง

เนื่องจากมีแสงส่องตรงไปที่แนวหลังคาซึ่งไม่สามารถสะท้อนแสงได้ ยิ่งแนวหลังคาแคบลงก็ยิ่งดี นอกจากนี้ ผู้ผลิตจำเป็นต้องทำให้เสี้ยนเรียบอย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งต้องใช้ความแม่นยำสูงมาก

นี่คือรูปภาพบางส่วนที่จะช่วยให้คุณเข้าใจถึงความยากในการสร้างปริซึมหลังคา
ภาพนี้ถ่ายโดยหันหน้าไปทางกระจกบานเดียว รูปภาพถูกพลิกในแนวนอน

รูปภาพถัดไป：หันหน้าเข้าหากระจกสองบานรวมกันเหมือนปริซึมหลังคา รูปภาพจะหมุน 180 องศาและพลิกในแนวนอนสองครั้ง (กลับสู่ปกติ)

หากมุมของกระจกเหล่านี้น้อยกว่า 90 องศา จุดศูนย์กลางของภาพจะหายไป

ในทางตรงกันข้าม ถ้ามุมมากกว่า 90 องศา ภาพก็จะแยกออกจากกัน

อย่างที่คุณเห็น มุมของส่วนหลังคาจะต้องเท่ากับ 90 องศาพอดี มุมจะต้องมีความแม่นยำภายใน 0.0089 องศา ซึ่งจะทำให้ต้นทุนการผลิตสูงขึ้น

แม้ว่าการออกแบบปริซึมหลังคาจะมีประโยชน์มากในการรักษาเส้นทางของแสงให้ตรงและทำให้ภาพหงายขึ้น แต่การผลิตปริซึมหลังคาต้องใช้เทคนิคการผลิตเฉพาะทางมากขึ้นด้วยต้นทุนที่สูงกว่า

ปริซึมหลังคาหรือปริซึม Porro ไหนดีกว่ากัน?

ในปริซึม Porro แสงจะถูกสะท้อนด้วย 'การสะท้อนทั้งหมด' ซึ่งหมายความว่าไม่มีการสูญเสียการส่งผ่านแสง อย่างไรก็ตาม ในกล้องส่องทางไกลปริซึมหลังคา การสะท้อนทั้งหมดไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในการสะท้อนครั้งที่สองของปริซึมชมิดต์ เนื่องจากมุมของแสงน้อยกว่ามุมตกกระทบ

ดังนั้นส่วนหลังคาจึงต้องเคลือบเหมือนกระจกเงาซึ่งจะทำให้สูญเสียการส่องผ่านของแสง นี่เป็นข้อเสียเปรียบหลักของปริซึมหลังคา

สำหรับกล้องส่องทางไกลที่ดีหลายๆ ตัว จะมีการเคลือบกระจกสีเงินเพื่อให้มีการสะท้อนแสงสูง แม้ว่าแสงที่สูญเสียไปจะมีค่าใช้จ่ายสูงก็ตาม ทุกวันนี้ ผู้ผลิตด้านการมองเห็นบางรายใช้การเคลือบปริซึมอิเล็กทริก ซึ่งช่วยให้สามารถสะท้อนแสงได้มากกว่า 99% อย่างน่าทึ่ง

ปัญหาสำคัญประการที่สองของการออกแบบหลังคาปริซึมคือการเปลี่ยนเฟสที่เกิดขึ้นหลังจากการสะท้อนภายในหลายครั้ง การเปลี่ยนเฟสทำให้คอนทราสต์น้อยลงและความละเอียดลดลง

เมื่อมองไฟถนนผ่านกล้องส่องทางไกลปริซึมหลังคาคู่เก่า (ด้านล่าง) คุณจะเห็นผีที่น่ารำคาญ

เพื่อป้องกันสิ่งนี้และเพิ่มคอนทราสต์ กล้องส่องทางไกลที่ผลิตอย่างดีบางรุ่นใช้การเคลือบการแก้ไขเฟส ซึ่งไม่อนุญาตให้เกิดการรบกวน การเปลี่ยนเฟสนี้จะไม่เกิดขึ้นกับ Porro Prisms

เนื่องจากเหตุผลที่กล่าวมาข้างต้น กล้องส่องทางไกล Roof Prism ที่ดีจึงมีราคาแพงมาก ข้อได้เปรียบหลักของกล้องส่องทางไกล Roof Prism คือรูปร่างที่เพรียวบางและกะทัดรัด

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเทคนิคการผลิตได้รับการปรับปรุงอย่างมาก กล้องส่องทางไกล Roof Prism จึงมีราคาถูกลง ด้วยกล้องส่องทางไกลที่ใหญ่กว่า Porro Prism จะหนักกว่ากล้องส่องทางไกล Roof Prism

ในความคิดของฉัน เมื่อรูรับแสงกว้างขึ้น กล้องส่องทางไกล Roof Prism จึงมีข้อได้เปรียบเนื่องจากมีน้ำหนักเบา เมื่อฉันมองท้องฟ้ายามค่ำคืนด้วย Porro Prism 7×50 คู่ (มากกว่า 1 กิโลกรัม) แขนของฉันก็เหนื่อยล้าอย่างรวดเร็ว

ซ้าย: ปริซึมหลังคา 8×42 (Schmidt Pechan) กลาง: ปริซึมหลังคา 7×42 (Abbe-Koenig) ขวา: 8.5×44 Porro ปกติ

ในทางตรงกันข้าม การออกแบบ Mini Porro Prism ของกล้องส่องทางไกลขนาดกะทัดรัดมีข้อได้เปรียบเหนือ Prism บนหลังคาในหลายๆ ด้าน กล้องส่องทางไกล Mini Porro มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบาอยู่แล้ว และมีราคาถูกกว่าแบบหลังคาปริซึมมาก

สรุป

กล้องส่องทางไกลมีสองประเภท: กล้องส่องทางไกล Porro Prism และกล้องส่องทางไกล Roof Prism กล้องส่องทางไกลหลังคาปริซึมเรียกอีกอย่างว่า Dach Prism ในภาษาเยอรมัน ด้วยปริซึมหลังคา ทางเดินแสงจะตรง ซึ่งทำให้ตัวกล้องเพรียวบางและกะทัดรัด

อย่างไรก็ตาม ปริซึมหลังคามีราคาแพงกว่าปริซึม Porro ไม่ใช่เพราะประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม แต่เนื่องจากความยากลำบากในการผลิตที่มีความแม่นยำ

แม้ว่า Porro Prism จะทำให้แสงทั้งหมดสะท้อนผ่าน 'การสะท้อนทั้งหมด' ได้ แต่การออกแบบ Prism ของ Schmidt จะมีจุดสะท้อนเพียงจุดเดียวในส่วนหลังคา ซึ่งทำให้การส่องผ่านของแสงน้อยลง

นอกจากนี้ การสะท้อนภายในยังทำให้เกิดการรบกวน ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อภาพได้

หากไม่แน่ใจว่าจะซื้อตัวไหน Porro Prism หรือ Roof Prism อาจจะขึ้นอยู่กับค่ารูรับแสงด้วย สำหรับกล้องส่องทางไกลขนาดใหญ่ การออกแบบหลังคาปริซึมที่มีน้ำหนักเบาถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม กล้องส่องทางไกลขนาดกะทัดรัดมีน้ำหนักเบาเพียงพอแล้ว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้ปริซึมหลังคาราคาแพง

การออกแบบปริซึมทั้ง Porro และ Roof มีข้อดีและข้อเสีย สิ่งสำคัญคือต้องทราบความแตกต่างก่อนซื้อกล้องส่องทางไกล