反射棱镜
将同一块玻璃上的一个或多个面制成反射面的光学元件叫做叫做反射棱镜.如果反射面对于入射光线,不能使它们全部发生全反射,则必须要在反射面上镀膜(银、铝、金等),以减少反射面光能损失.反射棱镜可以用来转折光轴,转像等.
在使用反射棱镜光学系统中,光轴在棱镜中的部分一般是折线,每经过一次反射光轴就折转一次.
棱镜中,入射面、出射面、反射面统称为工作面,工作面之间的交线称为棱,垂直于棱的平面称为主截面.在光路中,光轴在主截面当中,因此又称之为光轴截面.
反射棱镜有很多种,大致可分为简单棱镜(又包括一次、二次、三次反射棱镜)、屋脊棱镜、立方角锥棱镜和复合棱镜.
- 一次反射棱镜
一次反射棱镜只有一个反射面,转像情况和平面反射镜相同,垂直于主截面的坐标方向不变,位于主截面内的坐标方向改变.
最常用的一次反射棱镜是等腰直角棱镜,如下图(a)所示,它将光轴折转 .
图(b)也没有什么本质上的变化,光垂直入射,垂直射出,唯一不同的是它将光轴折转60°.这种等腰棱镜还可以制成其他的角度,从而使光轴折转任意角度.
图(c)称为道威棱镜(Dove prism),由直角棱镜去掉直角部分制成,其入射面、出射面与光轴都不垂直,但出射光轴与入射光轴的方向不变,即整体上对光轴没有折转.
- 道威棱镜的特性在于,当其绕光轴转动 角时,反射的像会同方向转动 角,例如图(c)中表示的,下图相对于上图,逆z轴方向看是顺时针旋转90°,那么像的坐标系就顺时针旋转 .
- 二次反射棱镜
二次反射棱镜有两个反射面,作用相当于双面镜.由前述结论可知,出射光线与入射光线的夹角仅取决于两反射面的夹角;另外,物像一致,并不是镜像.
常用的二次反射棱镜如下图所列.
- (a)-半五角棱镜,常用于显微镜观察系统,使光轴转为便于观察的方向.
- (b)- 直角棱镜,用途与半五角棱镜相同.
- (c)-五角棱镜(pantagonal prism),若要避免成镜像,可用相同它来代替一次反射直角棱镜;
- (d)-二次反射直角棱镜,常用于转向系统,或与其他棱镜组成复合棱镜.
- (e)-斜方棱镜 可以使光轴平移,多用于双目观察的仪器,用来调节两目镜的中心距离以满足不同的眼基距的人的需要.
- 三次反射棱镜
最常用的是施密特棱镜(Schmidt prism),如下图所示.
- (a)-施密特棱镜(Schmidt prism),出射光线与入射光线成 角,且成镜像.它可以用来折叠光路,使仪器结构紧凑.
- (b)-列曼棱镜(Leman-Springer prism),沿光轴方向的入射光线和出射光线平行,且有一段距离,直立使用可以改变瞄准线,使之高于或低于观测线.
- 屋脊棱镜(roof prism)
屋脊棱镜本质上是指带有屋脊面的棱镜,两个相互垂直的反射面叫做屋脊面,如下图所示.
以施密特屋脊棱镜为例,如下图所示
它其实就是施密特棱镜的一个反射面改造为屋脊面,这样就是偶次反射,从而物像一致.
- 立方角锥棱镜(corner cube)
可以看作是从立方体切下一个角而成,如下图所示.
其特性是,光线以任意方向从底面入射,经过三个直角面反射后,出射光线始终平行于入射光线.此时当棱镜绕顶点旋转时,出射光线方向不变,只产生平行位移.