几何光学学习笔记（14）- 4.3 反射棱镜

几何光学学习笔记（14）- 4.3 反射棱镜

• 4.3 反射棱镜
• • 1.反射棱镜的类型
  • • 1.1反射棱镜的构成
    • 1.2棱镜的类型
  • 2.屋脊棱镜
  • 3.三面直角棱镜(立方角锥棱镜)
  • 4.棱镜的组合
  • • 分光棱镜
    • 对中心用双像棱镜
    • 棱镜转像系统
    • 有共同光轴面的棱镜转像系统
    • 分色棱镜
    • 用反射棱镜构成光学绞链系统
  • 5.棱镜的展开及结构参数 K
  • 6.棱镜成像方向辨别原则

4.3 反射棱镜

1.反射棱镜的类型

1.1反射棱镜的构成

2.屋脊棱镜

互相垂直的反射面称为屋脊面，带有屋脊面的棱镜叫做屋脊棱镜。它物和像方向完全相反的像，且不再增加反射棱镜时，两个反射面的交线在棱镜的光轴平面以内。

可以用矢量形式对其进行分析。

4.棱镜的组合

在光学系统中常用两块以上的棱镜组合成棱镜系统来达到一块棱镜难于达到的功能，现举几个例子。

分光棱镜

在一块等腰直角棱镜的斜边镀以半反半透的分光膜，并和另一块相同尺寸的等腰直角棱镜胶合在一起。它可以把一个光束分成为任意光强比例的两个光束，图中所标的是分为两个光强 50%的光束。这种棱镜和镀有析光膜的单个直角棱镜相比，由于胶合了一块棱镜，它使被开的两束光棱镜中的光程相等。

棱镜转像系统

望远系统中常用棱镜转像。它们有转像的功能，同时可把一部分光路折叠在棱镜中，使仪器外形适当减小。图为两种常用转向系统。(a)为普罗 I 型转像棱镜，它由两块等腰直角棱镜组成，它们的光轴面互相垂直。(b)为普罗 II型转像棱镜，它由两块一次反射的等腰直角棱镜和一个两次反射的等腰直角棱镜构成。双筒望远镜多用这类棱镜转像系统。

分色棱镜

在系统中的两个反射面上分别镀以反射蓝光透红光和绿光、反射红光透绿光的多层介质膜。这种棱镜系统可以使自光照明的物体成像分解为红、绿、蓝三种颜色的像。这种棱镜系统在设计时要保持三种色光在棱镜中的光程相等。分色棱镜系统多用在彩色电视摄像机中。

它与棱镜大小无关，决定于棱镜的结构形式。当确定棱镜结构形式和口径D后，便可由K值求得光轴长度。

6.棱镜成像方向辨别原则

反射棱镜在光路中除相当于一块平行平板以外，还起反射镜的作用，在转折光路的同时，还改变像的方向。棱镜组往往是复杂的，在进行光学设计时，必须正确判别物体通过棱镜的成像方向。

棱镜系统中所有棱镜的主截面重合为一，即所有棱镜的光轴面也重合为一，称为单光轴面棱镜系统。对于单光轴面棱镜系统，设物为左手坐标系统聊 ， Oz轴为光轴方向 ， yOz面和主截面重合 ， Ox 轴垂直于主截面，并和所有的反射面平行，通过棱镜组后的坐标为 x‘y’z’ 。棱镜系统的转像可由以下原则确定。

(1) O’z’轴和光轴出射方向一致。
(2) O’x’轴方向视棱镜组中屋脊棱镜的个数而定。没有或偶数个屋脊面 ， O’x’和 Ox 同向；奇数个屋脊面 O’x’和 Ox反向。
(3) O’y’轴方向视棱镜组中反射次数(屋脊算两个面)而定。奇数次反射 ，O’y’方向按 x’y’z’为右手坐标系来确定，偶数次反射按 x’y’z’ 为左手坐标系来确定。

有些棱镜组不止一个光轴面，对于这类多光轴面棱镜系统，仍设物为左手坐标系统xyz，通过第一光轴面成像为x’1y’1z’1 ,O’1x’1, O’1y’1和O’1z’1三个坐标轴方向仍按单光轴面转像原则来确定。再以 x’1y’1z’1为物体通过第二光轴面的棱镜成像，显然O’2z’2轴仍沿光轴方向射出。O’2y’2和 O’2x’2轴的方向视O’1y’1和O’1x’1轴的方向而定，和第二光轴面垂直者，按单光轴面棱镜系统转像原则第二条确定其通过第二光轴面后的对应坐标轴的方向。在第二光轴面内者，按单光轴面棱镜系统转像原则第三条确定对应坐标轴的方向。同理，可以判定第三光轴面的转像，依此类推到任意个光轴面的棱镜系统的转像。

以上所讨论的转像原则只是对棱镜系统而言的。光学系统由透镜和棱镜组成时，其成像的倒正要根据透镜成像特性和上述转像原则共同确定。