反射棱镜的类型

反射棱镜

1，反射棱镜的构成

如果把图4.13中的两平面镜QP和RP做再同一玻璃上，以取代双平面系统，如图4.19所示。这样的光学零件叫做反射棱镜。若入射光束中所有光线在反射面上的入射角均大于临界角，则该光束会发生全反射。若光束中有部分光线的入射角小于临界角，则应在反射面上镀以金属反射膜。

由于平面镜多为薄板，装配时容易变形，影响成像质量。另外，平面镜多为外反射，反射膜暴露在空气中，容易受腐蚀和破坏。特别是要求组成多次反射的平面镜系统，组合时调整和固定很困难。在光学仪器中使用反射棱镜较反射镜更普遍。

光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜光轴，它由折线构成，如图4.19中的AO1,O1O,OB.每经一次反射，光轴发生一次转折。光轴在棱镜内的总几何长度为反射棱镜的光轴长度。由光轴所决定的平面称为光轴截面，如图4.19中的PQR平面。对于复合棱镜，它是由两个或多个棱镜组成的，它们的光轴不在一个平面内，可能有几个光轴截面。光线入射棱镜的面称为入射面，光线射出的称面为出射面，反射棱镜的入射面和出射面均垂直于光轴。入射面、出射面和反射面均为棱镜的工作面。工作面的交线为棱镜的棱。棱镜的光轴截面与棱垂直。光轴截面也称为主截面。

2，棱镜的类型

棱镜大体上可分为简单棱镜、屋脊棱镜和复合棱镜。简单棱镜是指所有工作面均与主截面垂直的棱镜。它是由一块玻璃磨制而成的，分为一次反射、二次反射和三次反射形式的棱镜。

一次反射棱镜在光路中的作用和平面反射镜相同。它对物成镜像，即物为左手坐标，像为右手坐标。图4.20（a）所示为最常见的等腰直角反射棱镜，斜边表示反射面，它使光轴转折90度，光轴通过入射面的中心，可使棱镜反射面得以充分利用。

另一种一次反射棱镜如图4.20（b）所示。它能使光轴转折60度角。这种棱镜也可设计成使光轴转折其它角度的形式，保证沿光轴方向的入射光线和出射光线对称于反射面的法线，并和棱镜入射面和出射面相垂直的要求，便可以确定棱镜主截面的各个角度。这类棱镜称为等腰棱镜。图4.20（a）中的直角棱镜也属于此类。

图 4.20（c）所示棱镜称为道威棱镜。这种棱镜的沿光轴方向的入射光线和出射光线不和工作面垂直，而产生折射，且该光线通过棱镜后方向不变。道威棱镜绕反射面轴线旋转a角，而通过其所成的像转2a角。图4.20（c）中左图为正视图，右图为转了90度后的正视图，可以看出两种情况下像的x轴和y轴均转了180度。由于道威棱镜的光轴不与入射面和出射面垂直，一般用于平行光中。

次反射的棱镜相当于双平面镜系统，入射光线和出射光线间的夹角决定于两个反射面间的夹角（称为二面角）。根据双平面镜系统的性质，入射光线和出射光线间的夹角为二面角的两倍。这些棱镜由于是偶数次反射，所以不存在镜像问题。常用的几种二次反射棱镜如图4.21所示。它们的二面角分别为22.5度，30度，45度，90度和180度，可得入射光线和出射光线间的夹角分别为45度，60度，90度，180度和360度。图4.21（a）称为半五角棱镜，图4.21（b）为30度直角棱镜，这两种棱镜多用于显微镜观测系统，使垂直向上的光轴转折成为便于观测的方向。图4.21（c）为五角棱镜，可用其取代一次反射的直角棱镜或做90度转折的平面反射镜，这种棱镜既避免了镜像且装调方便。图4.21（d）为二次反射式直角棱镜，它和一次反射式直角棱镜的形状完全相同。这种棱镜多用做转像等。图4.21为（e）斜方棱镜，它可以使光轴产生平移。这多用于双目仪器中调整目距之用。如图4.22所示，在一对斜方棱镜的旋转轴中心线，使二斜方棱镜逆向旋转，即可调整目距。图4.22中的b1为调整前的目距，b2为调整后的目距。

三次反射的棱镜如图4.23所示。图4.23（a）所示为施密特棱镜。它使沿光轴的入射光线与出射光线间的夹角为45度。由于棱镜中的光路很长，可以把光学系统的一部分光路折叠在其中，以使仪器外形尺寸减小，如图4.24所示。它和二次反射棱镜的不同是奇次反射，产生镜像。图4.23（b）所示为列曼棱镜，它可以使沿光轴方向的入射光线和出射光线平行，且二者之间有一段距离。直立使用可使瞄准线高于眼睛观测线，或使瞄准线低于眼睛观测线。在图4.23（b）中，入射面和出射面光轴之间的距离为A。