光學(xué)棱鏡種類匯總(一)

1   光學(xué)棱鏡的分類

光學(xué)棱鏡，是由透明的光學(xué)材料制成的多表面體，且各個(gè)表面都是平面。利用光學(xué)棱鏡，可以實(shí)現(xiàn)光束的色散或者折轉(zhuǎn)，因此，它可以大致分為兩大類，一類是色散棱鏡，另一類是反射棱鏡。色散棱鏡通常應(yīng)用在光譜儀器中，將復(fù)合光分束成多個(gè)波長(zhǎng)的光束，下圖中，是一個(gè)色散棱鏡將白光分為了紅綠藍(lán)等各類單色光的例子

與色散棱鏡相比，反射棱鏡應(yīng)用的更為廣泛，在照相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡和各類醫(yī)療儀器中都可以看到反射棱鏡的身影。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，反射棱鏡又細(xì)分成了多種類型的棱鏡，今天，我們就將這些棱鏡的類型做一下匯總，來(lái)幫助大家更**的了解棱鏡類產(chǎn)品。

2   常見的光學(xué)棱鏡匯總

我們從*常見的直角棱鏡開始介紹。

2.1直角棱鏡（Right-angled prism）

直角棱鏡的橫切面是一個(gè)直角三角形，光學(xué)面包含兩個(gè)直角面和一個(gè)斜面，通常光束從一個(gè)直角面入射，經(jīng)過(guò)斜面反射后，光束會(huì)折轉(zhuǎn)90度，并從另一個(gè)直角面出射，如下圖所示：

2.2屋脊直角棱鏡（Right-angled roof prism）在直角棱鏡的基礎(chǔ)上，將直角棱鏡的斜面分成兩個(gè)面，并向上隆起，形成屋脊的形狀，分成的兩個(gè)面相互垂直，就成為了屋脊直角棱鏡。屋脊直角棱鏡的光路圖如下所示，進(jìn)入棱鏡的光束，在屋脊處會(huì)先發(fā)生一次折轉(zhuǎn)，將影像的左右兩部分互換，然后再出射出來(lái)。

2.3阿米西棱鏡（Amici prism）阿米西棱鏡是以***意大利天文學(xué)家喬凡尼·阿米西命名的，它的反射角度可以任意設(shè)定，相當(dāng)于是在三角棱鏡的基礎(chǔ)上切下來(lái)尖角部分后，剩下的棱鏡部分，光路如下圖所示，光束垂直于入射面進(jìn)入棱鏡，經(jīng)過(guò)一次反射后，垂直于另一個(gè)表面出射：

阿米西棱鏡表面也可以做成屋脊的形式，構(gòu)成阿米西屋脊棱鏡，該棱鏡的常見功能是沿中心線分開圖像，并將左右兩部分互換。2.4菱形棱鏡（Rhomboid prism）菱形棱鏡的切面是平行四邊形的形狀，它的銳角是45度，因此可以看作是兩個(gè)直角棱鏡粘接在一起的形式，它的效果是使入射光束產(chǎn)生一定距離的移位后出射。菱形棱鏡的一個(gè)斜面也可以做成屋脊的形式，下圖給出了常規(guī)的菱形棱鏡和有屋脊的菱形棱鏡的示意圖：

2.5廣義的菱形棱鏡（Generalized rhomboid prism）

廣義的菱形棱鏡，它的形狀也是平行四邊形，不過(guò)它的銳角是任意角度的，光線入射至棱鏡內(nèi)部后，會(huì)發(fā)生一次反射后再出射，如下圖所示：

當(dāng)棱鏡繞著入射光線做旋轉(zhuǎn)時(shí)，出射的圖像方向并不會(huì)隨著棱鏡的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，這一特性使其適用于眼科儀器中瞳距匹配的場(chǎng)合。

2.6雙反射棱鏡（Two-reflective prism）作為廣義菱形棱鏡的一種變形，雙反射棱鏡具有兩個(gè)不同角度大小的銳角，出射方向由兩個(gè)銳角的大小決定，如下圖所示：

2.7保羅棱鏡（Porro prism）保羅棱鏡通常也是等腰直角三角棱鏡，只是光束從斜面入射，經(jīng)過(guò)兩個(gè)直角面的反射后，再?gòu)男泵娉錾?，從而?shí)現(xiàn)改變影像方向的作用。保羅棱鏡也可以在直角面作成屋脊的結(jié)構(gòu)，從而形成屋脊保羅棱鏡。常規(guī)的保羅棱鏡和屋脊保羅棱鏡的示意圖如下所示：

2.8回反棱鏡（Retroreflecting prism）回反棱鏡是上面提到的保羅棱鏡的變形，棱鏡的底角α小于45度，從斜面入射的光束，經(jīng)過(guò)短面反射后，會(huì)在斜面反射一次，再由另一個(gè)短面反射出去，光路如下所示：

2.9五角棱鏡（Penta prism）五角棱鏡是一種很常用的棱鏡，它的一個(gè)角是直角，光束從直角面入射，在內(nèi)部經(jīng)過(guò)兩次反射后，從另一個(gè)直角面出射，出射光線與入射光線成90度，光路圖及實(shí)物圖如下所示

2.10廣義五角棱鏡（Generalized Penta prism）廣義的五角棱鏡，是它的光學(xué)面所成的角度可以任意設(shè)定，從而使得光束在出射時(shí)相對(duì)于入射光束并不是偏轉(zhuǎn)了90度，如下圖，是一個(gè)出射角度與入射角度成110度的例子

2.11施密特棱鏡（Schmidt prism）施密特棱鏡的特點(diǎn)，是光束在棱鏡內(nèi)部被反射3次，因此棱鏡內(nèi)的光程相對(duì)較短，下圖是施密特棱鏡及其屋脊棱鏡的光路示意圖，光束垂直于表面入射，經(jīng)過(guò)折轉(zhuǎn)后，垂直于出射表面發(fā)出，在這個(gè)例子里，入射面和出射面同時(shí)作為內(nèi)部的反射面使用：

3   結(jié)語(yǔ)

在本文中，我們對(duì)光學(xué)棱鏡的種類進(jìn)行了匯總，按照功能的不同，光學(xué)棱鏡可分為色散棱鏡和反射棱鏡兩大類，文中介紹了11種常見的光學(xué)單體棱鏡，包括直角棱鏡、菱形棱鏡、保羅棱鏡和五角棱鏡等，值得注意的是，在使用這些單體棱鏡時(shí)，光束都是垂直于表面入射的，因此，由棱鏡自身引起的色散和像差都可以忽略。在下一篇中，我們將會(huì)繼續(xù)介紹另外10種單體光學(xué)棱鏡的概念和結(jié)構(gòu)，敬請(qǐng)大家期待。