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光學(xué)棱鏡種類匯總(一)

日期:2024-09-25 18:15
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摘要: 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)合光分束成多個波長的光束,下圖中,是一個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,...

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)合光分束成多個波長的光束,下圖中,是一個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直角三角形,光學(xué)面包含兩個直角面和一個斜面,通常光束從一個直角面入射,經(jīng)過斜面反射后,光束會折轉(zhuǎn)90度,并從另一個直角面出射,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面,并向上隆起,形成屋脊的形狀,分成的兩個面相互垂直,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。

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)過一次反射后,垂直于另一個表面出射:

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,不過它的銳角是任意角度的,光線入射至棱鏡內(nèi)部后,會發(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,出射的圖像方向并不會隨著棱鏡的旋轉(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不同角度大小的銳角,出射方向由兩個銳角的大小決定,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)過兩個直角面的反射后,再從斜面出射,從而實(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)過短面反射后,會在斜面反射一次,再由另一個短面反射出去,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,它的一個角是直角,光束從直角面入射,在內(nèi)部經(jīng)過兩次反射后,從另一個直角面出射,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相對于入射光束并不是偏轉(zhuǎn)了90度,如下圖,是一個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)過折轉(zhuǎn)后,垂直于出射表面發(fā)出,在這個例子里,入射面和出射面同時作為內(nèi)部的反射面使用:

3   結(jié)語

在本文中,我們對光學(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,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),敬請大家期待。

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