棱柱的角度、位置和表面數(shù)有助于定義類型和功能。要了解最流行的棱鏡是如何工作的,以及如何最好地使用光反射和折射應(yīng)用,考慮直角棱鏡,屋頂棱鏡和組合棱鏡。有關(guān)棱鏡如何工作的理論以及具有十多種獨(dú)特幾何形狀的選擇指南,請參閱光學(xué)棱鏡簡介。

直角棱鏡

到目前為止,最常用的棱鏡是45°-90°-45°棱鏡,俗稱直角棱鏡。它可以通過多種方式實現(xiàn)與圖像奇偶性或偏差相關(guān)的不同結(jié)果,因其三角形面上的角度而得名。45°-90°-45°棱鏡最常見的應(yīng)用是將其視為直角棱鏡,它只有一個反射,使入射光線偏離90°。生成的圖像將變成左手,但根據(jù)棱鏡的位置,可以反轉(zhuǎn)或還原(圖1)

圖1:45°-90°-45°為直角棱鏡,顯示反轉(zhuǎn)(左)和反轉(zhuǎn)(右)

使用棱柱體的斜邊面而不是腿部面,可以實現(xiàn)另一種稱為porro棱柱體的配置。由于發(fā)生兩次反射,因此會生成右手圖像。當(dāng)使用porro棱鏡時,光線的方向是相反的,因為物體進(jìn)入和圖像離開同一個面。棱鏡的位置決定是旋轉(zhuǎn)還是僅僅發(fā)生偏差(圖2)。


圖2:Porro系統(tǒng)固定180°旋轉(zhuǎn)

最后,45°-90°-45°棱鏡也可用作DOVE棱鏡。DOVE棱鏡將圖像旋轉(zhuǎn)180°,但由于僅發(fā)生一次反射,因此根據(jù)棱鏡的位置,圖像將變?yōu)榉崔D(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)(圖3)。

屋脊棱鏡

棱鏡屋脊由兩個相互成90°的反射面組成。與任何其他反射面相比,它在功能上是等效的,但慣用手不會改變。一個很好的例子是amici(屋脊)棱鏡,它基本上是一個帶屋頂?shù)闹苯抢忡R。在此配置下,仍會發(fā)生90°的偏差,但奇偶性不會改變。屋頂棱柱體通常與其他棱柱體一起使用,以實現(xiàn)所需的奇偶性。

組合棱鏡

許多組合棱鏡可以通過對所用單個棱鏡表面的方向和/或涂層進(jìn)行輕微調(diào)整來實現(xiàn)。最終,應(yīng)用程序決定了所需的組合類型。考慮最著名的組合棱鏡:PARROR系統(tǒng),Pechan(屋脊)棱鏡,分束器。

porro棱鏡通常與自身結(jié)合使用,以創(chuàng)建總共有四次反射的porro系統(tǒng)(圖4)。由于它能夠在保持右手習(xí)慣的情況下產(chǎn)生與原始圖像旋轉(zhuǎn)180°的倒置圖像,這種類型的圖像安裝棱鏡對于雙目和望遠(yuǎn)鏡應(yīng)用非常有用。請務(wù)必記住,光線路徑確實會發(fā)生位移,這一事實在調(diào)整porro系統(tǒng)中使用的其他光學(xué)部件(如雙筒望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡)時必須加以考慮。


圖4:Porro系統(tǒng)固定180°旋轉(zhuǎn)

另一種圖像安裝棱鏡是Pechan(屋頂)棱鏡(圖5),由施密特棱鏡和半五棱鏡組成。它攜帶六個全反射和一個小的氣隙,以允許棱鏡系統(tǒng)內(nèi)的TIR。偶數(shù)次反射使圖像保持右手。如果精確對齊,則不會沿對象的軸產(chǎn)生位移,盡管圖像是反轉(zhuǎn)的。


使用Pechan屋脊棱鏡旋轉(zhuǎn)180°

最后,但可能是最容易識別的組合棱鏡,是立方體分光棱鏡(圖6)。與平板分束器(通常是帶有介電和抗反射(AR)涂層的平面窗口)不同,立方體分束器由兩個直角棱鏡組成。通常,兩個棱鏡粘附在一起,但也存在光學(xué)接觸分束器。為了“分裂”入射光束,在其中一個直角棱鏡的斜邊上涂上一層電介質(zhì)涂層。該涂層在一個方向上反射光束的一部分,并允許另一個方向通過整個立方體傳輸。涂層的類型決定了這種分裂是50/50、30/70還是70/30,以及透射或反射的特定波長和/或偏振。由于熟練的驗光師需要精確對準(zhǔn)以將兩個斜邊粘在一起或接觸在一起,因此最好購買一個完整的分束器組件,而不是嘗試使用兩個相同的直角棱鏡。

圖6:立方體分光棱鏡

了解每個特定幾何體背后的光學(xué)理論有助于為任何應(yīng)用選擇最佳棱鏡或棱鏡組合。