I prismi ottici sono componenti ottici di precisione che controllano la direzione, l’orientamento o la composizione spettrale della luce mediante rifrazione, riflessione interna o superfici rivestite. Nei sistemi di difesa, trovano impiego nell’imaging, nell’osservazione, nel rilevamento elettro-ottico, nell’ottica a infrarossi, nei gruppi laser, nei telemetri, negli strumenti di navigazione e nelle architetture compatte di instradamento del fascio.
Questa pagina presenta i fornitori di prismi ottici che offrono prismi ad angolo retto, a tetto, di Porro, penta, di Dove, a cuneo, divisori di fascio, dispersivi e a cubo d’angolo.
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Ottica per immagini termiche: potenziare l'eccellenza dei sistemi EO per la difesa
Soluzioni ottiche e fotoniche di precisione per sistemi di imaging, rilevamento e puntamento nel settore della difesa
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Un prisma ottico è un componente ottico trasparente dotato di più superfici piane disposte secondo angoli definiti per controllare la direzione, l’orientamento o la composizione spettrale della luce. A seconda della sua geometria e del materiale di cui è composto, un prisma può reindirizzare un fascio luminoso tramite rifrazione, riflessione interna totale o superfici riflettenti rivestite, mentre altre configurazioni possono ruotare o invertire un’immagine, separare le lunghezze d’onda, dividere un percorso ottico o rinviare la luce verso la sua sorgente.
Prismi ottici di Torrent Photonics
Nei sistemi ottici per la difesa, i prismi ottici di precisione vengono impiegati in apparecchiature di osservazione, sensori elettro-ottici, sistemi di imaging a infrarossi, mirini per armi, telemetri, gruppi laser e strumenti di navigazione. La geometria del prisma richiesta, il vetro ottico o il materiale cristallino, la qualità della superficie, la tolleranza angolare e i rivestimenti vengono selezionati in base a fattori quali la lunghezza d’onda operativa, il percorso del fascio, i requisiti dell’immagine, lo spazio disponibile e le condizioni ambientali del sistema.
I prismi sono in grado di reindirizzare la luce attraverso angoli controllati con precisione, consentendo ai progettisti di piegare un percorso ottico senza dover ricorrere interamente a specchi montati separatamente. I prismi ottici ad angolo retto, i prismi ottici a cinque facce, i prismi ottici romboidali e configurazioni simili possono quindi instradare la luce tra lenti, rilevatori, oculari e altri componenti, contribuendo al contempo a mantenere un layout meccanico compatto.
I gruppi di prismi sono ampiamente utilizzati per controllare l’orientamento dell’immagine all’interno di sistemi visivi e di imaging; le diverse geometrie consentono, a seconda delle esigenze, l’inversione, la reversione, la rotazione o il raddrizzamento dell’immagine. Le configurazioni dei prismi Porro, a tetto, Amici, Schmidt-Pechan a tetto, Abbe-Koenig e a rotazione dell’immagine (prisma di Dove) sono particolarmente utili nell’ottica binoculare, nei periscopi, nei cannocchiali e in altri strumenti a visione diretta in cui l’immagine deve raggiungere l’osservatore con l’orientamento corretto.
Un prisma divisore di fascio suddivide la luce incidente tra due o più percorsi ottici, utilizzando in genere un rivestimento parzialmente riflettente applicato su un’interfaccia interna. Tra i modelli disponibili figurano i prismi divisori di fascio dicroici e i divisori di fascio a cubo non polarizzanti, mentre i gruppi di prismi dicroici e tricroici sono in grado di separare o combinare diverse bande spettrali per l’imaging multicanale, il rilevamento e altri sistemi ottici selettivi in base alla lunghezza d’onda.
I prismi dispersivi separano la luce poiché l’indice di rifrazione di un materiale ottico varia in funzione della lunghezza d’onda, facendo sì che lunghezze d’onda diverse escano dal prisma con angoli diversi. I modelli di prismi equilateri, a dispersione di Littrow e di Pellin-Broca possono quindi essere utilizzati laddove sia richiesta la separazione spettrale o la selezione della lunghezza d’onda, con la separazione angolare risultante determinata sia dalla dispersione del materiale che dalla geometria del prisma.
Un prisma laser è in grado di deviare, ripiegare, dividere o riflettere un raggio laser all’interno di un sistema ottico, garantendo un instradamento controllato del raggio in apparecchiature di telemetria, designazione, allineamento, calibrazione e rilevamento. Le configurazioni a cubo angolare possono inoltre fungere da retroriflettori laser poiché le loro tre facce riflettenti, reciprocamente perpendicolari, riflettono la luce in arrivo approssimativamente verso la sua sorgente in un ampio intervallo di angoli di incidenza.
I prismi possono integrare diverse funzioni ottiche in un volume relativamente ridotto, rendendoli utili laddove i percorsi dei fasci debbano essere instradati attraverso alloggiamenti con spazi molto ristretti. I microprismi ottici e i gruppi ottici compatti a prismi possono reindirizzare la luce all’interno di spazi limitati, mentre i componenti multifunzionali possono combinare riflessione, divisione del fascio, orientamento dell’immagine o separazione spettrale all’interno dello stesso gruppo ottico.
La geometria del prisma ottico determina il modo in cui la luce attraversa il componente e, di conseguenza, influenza la scelta dei modelli più adatti a particolari applicazioni di imaging, laser, osservazione o rilevamento.
| Tipo di prisma | Geometria | Funzione ottica primaria | Applicazioni tipiche nel settore della difesa |
| Prisma ad angolo retto | Triangolare, 45°-45°-90° | Fornisce una deviazione del fascio di 90° o una riflessione di 180°, a seconda di come viene utilizzato il prisma. | Sistemi di imaging, ottiche laser e gruppi compatti di piegatura del fascio. |
| Prisma equilatero | Tre angoli di 60° | Separa le lunghezze d’onda tramite dispersione spettrale. | Spettrometri e sistemi di sensori sensibili alla lunghezza d’onda. |
| Prisma di Dove | Forma troncata ad angolo retto | Ruota un’immagine in base all’orientamento angolare del prisma. | Sistemi di tracciamento ottico e di orientamento dell’immagine. |
| Prisma di Porro | Prisma riflettente ad angolo retto | Combina la rettificazione dell’immagine con la piegatura del percorso ottico. | Ottiche binoculari e di osservazione. |
| Prisma a tetto | Due superfici riflettenti a tetto che si intersecano | Consente il ribaltamento dell’immagine e, al contempo, la piegatura del percorso ottico. | Sistemi compatti di puntamento e osservazione. |
| Prisma a cinque facce | Prisma a cinque facce | Garantisce una deviazione fissa del raggio di 90°. | Sistemi di allineamento, puntamento e metrologia. |
| Prisma a mezzo penta | Geometria penta ridotta | Garantisce una deviazione del fascio in una geometria più compatta. | Assemblaggi ottici per spazi ristretti. |
| Prisma di Schmidt | Prisma a riflessioni multiple | Combina la piegatura del fascio con l’orientamento dell’immagine. | Ottiche compatte per imaging e osservazione. |
| Prisma di Pechan | Prisma compatto a riflessioni multiple | Controlla l’orientamento dell’immagine all’interno di gruppi ottici compatti a prisma. | Sistemi di visione e di imaging con lunghezza del percorso ottico limitata. |
| Prisma Schmidt-Pechan | Assemblaggio di prismi accoppiati | Rettifica un’immagine all’interno di un percorso ottico relativamente breve. | Binocoli, cannocchiali e sistemi di osservazione. |
| Prisma di Amici | Configurazione a prismi a tetto | Garantisce la rettificazione e l’orientamento dell’immagine. | Ottiche a visione diretta e di puntamento. |
| Prisma romboidale | Geometria a parallelogramma | Produce uno spostamento parallelo di un raggio senza modificarne sostanzialmente la direzione. | Inserimento del raggio e allineamento ottico. |
| Prisma a cuneo | Piccola differenza angolare tra le facce | Consente una deviazione angolare precisa di un fascio ottico. | Sistemi di allineamento e di orientamento del fascio. |
| Prisma a cubo angolare | Tre facce riflettenti reciprocamente perpendicolari | Rimanda la luce in arrivo approssimativamente verso la sua sorgente tramite retroriflessione. | Sistemi di telemetria, tracciamento e allineamento laser. |
Il materiale utilizzato per un prisma ottico influisce sul suo intervallo di trasmissione, sulla dispersione, sull’indice di rifrazione, sulla resistenza agli agenti ambientali, sul comportamento termico e sulla compatibilità con i rivestimenti ottici; pertanto, la scelta del materiale deve essere valutata tenendo conto della geometria del prisma e della banda spettrale prevista.
Altri materiali utilizzati per i prismi includono il quarzo, il silicio, il solfuro di zinco e una gamma di ulteriori vetri e cristalli ottici. Il materiale più appropriato dipende quindi dalla banda di lunghezze d’onda richiesta, dalle caratteristiche di trasmissione, dalle condizioni ambientali e dalla compatibilità con la geometria e i rivestimenti del prisma selezionato.
I prismi ottici sono impiegati in tutti i sistemi visivi e di imaging poiché consentono di ripiegare percorsi ottici relativamente lunghi in alloggiamenti compatti, mantenendo o correggendo al contempo l’orientamento richiesto dell’immagine. I sistemi a prismi ottici di tipo Porro e a tetto sono comuni nelle ottiche di tipo binoculare, mentre i prismi periscopici, i prismi per cannocchiali, i prismi per mirini da fucile e le configurazioni correlate sono in grado di reindirizzare e raddrizzare le immagini all’interno di apparecchiature di osservazione, puntamento e controllo del fuoco.
I sistemi elettro-ottici utilizzano i prismi per convogliare la luce tra ottiche obiettivo, filtri, rilevatori e canali sensoriali multipli, spesso all’interno di assemblaggi di dimensioni ridotte. I componenti in vetro e silice fusa sono comunemente associati ai sistemi nel visibile e nel vicino infrarosso, mentre un prisma a infrarossi (IR) realizzato con materiali quali germanio, ZnSe, silicio o altri mezzi di trasmissione degli infrarossi può supportare l’infrarosso a onde corte (SWIR), l’infrarosso a onde medie (MWIR) o architetture ottiche a lunghezze d’onda più lunghe, laddove il materiale scelto garantisca una trasmissione adeguata.
I prismiottici laser consentono la piegatura, la deviazione, la divisione e l’allineamento controllati del fascio all’interno di telemetri, designatori di bersaglio, illuminatori e altre apparecchiature elettro-ottiche. I modelli di prismi divisori di fascio, dicroici e retroriflettori a cubo d’angolo sono in grado di distribuire l’energia laser tra diversi canali ottici, separare lunghezze d’onda selezionate o fornire percorsi di ritorno controllati per le funzioni di telemetria e allineamento.
I prismi vengono inoltre integrati in apparecchiature ottiche di tracciamento, navigazione, misurazione e riferimento, laddove siano richiesti un instradamento accurato del fascio o una deviazione angolare controllata. Le geometrie di precisione dei prismi consentono di stabilire assi ottici definiti, mentre i prismi a cubo d’angolo e altri riflettori a prisma forniscono retroriflessione per i sistemi di tracciamento e misurazione laser; inoltre, i gruppi ottici compatti a prisma possono supportare architetture ottiche di riferimento e rilevamento in cui lo spazio e l’allineamento sono rigorosamente controllati.
Diverse funzioni svolte dai prismi possono essere ottenute anche utilizzando altri componenti ottici, sebbene il comportamento ottico risultante, l’involucro, i requisiti di allineamento e le considerazioni relative alla produzione possano differire in modo significativo.
L’approccio più idoneo dipende da fattori quali la lunghezza d’onda operativa, la qualità del fascio richiesta, il volume disponibile del sistema, la sensibilità all’allineamento, le condizioni ambientali e l’eventuale necessità di funzioni quali l’orientamento dell’immagine o la separazione spettrale.
I progressi nella produzione ottica, nei materiali, nei rivestimenti e nell’integrazione dei sistemi continuano ad ampliare le opzioni di progettazione a disposizione dei produttori e dei fornitori di prismi ottici personalizzati.
Nel loro insieme, questi sviluppi consentono ai progetti di prismi ottici personalizzati di combinare molteplici funzioni ottiche, rispondendo al contempo a vincoli esigenti in termini di dimensioni, peso, allineamento, copertura delle lunghezze d’onda e prestazioni complessive del sistema.
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