光學棱鏡種類匯總(一)

1   光學棱鏡的分類

光學棱鏡，是由透明的光學材料制成的多表面體，且各個表面都是平面。利用光學棱鏡，可以實現光束的色散或者折轉，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。色散棱鏡通常應用在光譜儀器中，將復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等各類單色光的例子

與色散棱鏡相比，反射棱鏡應用的更為廣泛，在照相機、望遠鏡、顯微鏡和各類醫療儀器中都可以看到反射棱鏡的身影。根據結構形式的不同，反射棱鏡又細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**的了解棱鏡類產品。

2   常見的光學棱鏡匯總

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，經過斜面反射后，光束會折轉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，進入棱鏡的光束，在屋脊處會先發生一次折轉，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***意大利天文學家喬凡尼·阿米西命名的，它的反射角度可以任意設定，相當于是在三角棱鏡的基礎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入棱鏡，經過一次反射后，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，光線入射至棱鏡內部后，會發生一次反射后再出射，如下圖所示：

當棱鏡繞著入射光線做旋轉時，出射的圖像方向并不會隨著棱鏡的旋轉而旋轉，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，經過兩個直角面的反射后，再從斜面出射，從而實現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構，從而形成屋脊保羅棱鏡。常規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，在內部經過兩次反射后，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，是它的光學面所成的角度可以任意設定，從而使得光束在出射時相對于入射光束并不是偏轉了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，是光束在棱鏡內部被反射3次，因此棱鏡內的光程相對較短，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，經過折轉后，垂直于出射表面發出，在這個例子里，入射面和出射面同時作為內部的反射面使用：

3   結語

在本文中，我們對光學棱鏡的種類進行了匯總，按照功能的不同，光學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，我們將會繼續介紹另外10種單體光學棱鏡的概念和結構，敬請大家期待。