Un prisma Uppendahl [1] es un prisma de erección, es decir, un prisma de reflexión especial que se utiliza para invertir una imagen (rotación de 180°). El sistema de erección consta de tres prismas parciales hechos de vidrio óptico con un alto índice de refracción , unidos entre sí para formar un conjunto simétrico y se utiliza [2] tanto en microscopía como en tecnología de binoculares .
En el pasado, el sistema de prismas Uppendahl, por ejemplo en la serie de binoculares Trinovid de Leitz (desde 1986 Leica ), [4] se ofrecía comercialmente en algunos binoculares. Los binoculares de la serie Trinovid se introdujeron en 1958 y utilizaban lentes ópticas internas móviles patentadas en ese momento entre el grupo de lentes oculares y el conjunto de prismas dentro de la carcasa para enfocar . [5] Al igual que las lentes ópticas mucho más comunes ubicadas entre el grupo de lentes objetivo y el método de conjunto de prismas, este método de enfoque interno central no cambia el volumen de los binoculares. Los binoculares Bausch & Lomb Elite y Browning 7x35, ambos fabricados en Japón a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, también usaban prismas Uppendahl. [6]
A principios de la década de 2020, la participación en el mercado comercial de los binoculares estándar de tipo prisma Uppendahl era nula. [7] La serie de binoculares con telémetro Leica Geovid R (láser) y el monocular Rangemaster 7x24 que utiliza un sistema de prisma Uppendahl (modificado) todavía estaban disponibles comercialmente. [8]
El sistema de prismas Uppendahl está compuesto por tres prismas cementados, con dos superficies de transición vidrio/aire. En su camino a través del primer prisma, el haz de rayos (rojo) se refleja primero en una superficie que está recubierta con un revestimiento metálico o dieléctrico (espejo) y una cara de reflexión interna total como la que se utiliza en un cúmulo Schmidt-Pechan, solo que la luz entra y sale por los extremos opuestos como se utiliza en el Uppendahl. Las demás reflexiones del haz se producen mediante reflexión interna total sin pérdidas. El segundo prisma es un reflejo de 90° y no debería necesitar un revestimiento de espejo. Para lograr una inversión completa de la imagen, se pule un borde de techo en el tercer prisma (verde). Además, el haz sale del sistema de inversión sin ningún desplazamiento axial, por lo que el prisma Uppendahl se cuenta entre los prismas de techo de visión directa . El efecto neto de las seis reflexiones (dos reflexiones son sobre planos de techo). Como la luz se refleja un número par de veces, esto produce una rotación de la imagen de 180° (sin cambiar la lateralidad de la imagen ) y permite el uso del prisma como un sistema de montaje de imágenes para voltear la imagen tanto vertical como horizontalmente.
Una ventaja de este sistema de prismas es que el haz de luz solo pasa por dos transiciones entre el aire y el vidrio, lo que minimiza las pérdidas en forma de reflexiones de Fresnel . El plegado relativamente fuerte de la trayectoria del haz en el prisma Uppendahl, que solo es comparable con el sistema de prismas Schmidt-Pechan compacto , apoya la construcción de instrumentos ópticos compactos con longitudes totales cortas.
Desde un punto de vista puramente técnico, el sistema de prismas de techo Uppendahl es un diseño de prisma de techo bastante complicado. La luz que entra en el diseño Uppendahl se refleja más veces y con menor eficiencia que en el diseño de prismas Abbe-König. [9]
No se produce reflexión interna total . Para mitigar este problema, se utiliza un revestimiento de espejo sobre una superficie. Normalmente se utiliza un revestimiento de espejo de aluminio ( reflectividad del 87 % al 93 %) o un revestimiento de espejo de plata (reflectividad del 95 % al 98 %).
La transmisión del prisma se puede mejorar aún más utilizando un revestimiento dieléctrico en lugar de un revestimiento de espejo metálico. Esto hace que las superficies del prisma actúen como un espejo dieléctrico . Un revestimiento dieléctrico bien diseñado puede proporcionar una reflectividad de más del 99 % en todo el espectro de luz visible. Esta reflectividad es mucho mejor en comparación con un revestimiento de espejo de aluminio o plata y el rendimiento del prisma Uppendahl es similar al del prisma Porro o al prisma Abbe-Koenig.
El revestimiento de espejo necesario no solo agrega un paso de fabricación, sino que también hace que el prisma de techo Uppendahl tenga más pérdidas que otros formadores de imágenes que utilizan prismas Porro o prismas Abbe-Koenig que dependen solo de reflexiones internas totales. Un revestimiento de espejo dieléctrico es comparable en efectividad de reflexión, pero hace que el Uppendahl sea más costoso.
Además, el Uppendahl comparte los problemas de corrección de fase con otros prismas de techo. Los prismas Uppendahl y otros prismáticos de techo se benefician de recubrimientos de corrección de fase para minimizar estos problemas y mejorar sustancialmente la resolución y el contraste. [10]
Para lograr la máxima transmisión de luz, el sistema de prismas Uppendahl debe estar provisto de un revestimiento antirreflectante en las superficies de entrada y salida. Además, se debe utilizar un revestimiento de espejo dieléctrico de alta calidad y de corrección de fase en ambas superficies del techo.