棱柱的角度、位置和表面数有助于定义类型和功能。要了解最流行的棱镜是如何工作的,以及如何最好地使用光反射和折射应用,考虑直角棱镜,屋顶棱镜和组合棱镜。有关棱镜如何工作的理论以及具有十多种独特几何形状的选择指南,请参阅光学棱镜简介。

直角棱镜

到目前为止,最常用的棱镜是45°-90°-45°棱镜,俗称直角棱镜。它可以通过多种方式实现与图像奇偶性或偏差相关的不同结果,因其三角形面上的角度而得名。45°-90°-45°棱镜最常见的应用是将其视为直角棱镜,它只有一个反射,使入射光线偏离90°。生成的图像将变成左手,但根据棱镜的位置,可以反转或还原(图1)

图1:45°-90°-45°为直角棱镜,显示反转(左)和反转(右)

使用棱柱体的斜边面而不是腿部面,可以实现另一种称为porro棱柱体的配置。由于发生两次反射,因此会生成右手图像。当使用porro棱镜时,光线的方向是相反的,因为物体进入和图像离开同一个面。棱镜的位置决定是旋转还是仅仅发生偏差(图2)。


图2:Porro系统固定180°旋转

最后,45°-90°-45°棱镜也可用作DOVE棱镜。DOVE棱镜将图像旋转180°,但由于仅发生一次反射,因此根据棱镜的位置,图像将变为反转或反转(图3)。

屋脊棱镜

棱镜屋脊由两个相互成90°的反射面组成。与任何其他反射面相比,它在功能上是等效的,但惯用手不会改变。一个很好的例子是amici(屋脊)棱镜,它基本上是一个带屋顶的直角棱镜。在此配置下,仍会发生90°的偏差,但奇偶性不会改变。屋顶棱柱体通常与其他棱柱体一起使用,以实现所需的奇偶性。

组合棱镜

许多组合棱镜可以通过对所用单个棱镜表面的方向和/或涂层进行轻微调整来实现。最终,应用程序决定了所需的组合类型。考虑最著名的组合棱镜:PARROR系统,Pechan(屋脊)棱镜,分束器。

porro棱镜通常与自身结合使用,以创建总共有四次反射的porro系统(图4)。由于它能够在保持右手习惯的情况下产生与原始图像旋转180°的倒置图像,这种类型的图像安装棱镜对于双目和望远镜应用非常有用。请务必记住,光线路径确实会发生位移,这一事实在调整porro系统中使用的其他光学部件(如双筒望远镜的物镜和目镜)时必须加以考虑。


图4:Porro系统固定180°旋转

另一种图像安装棱镜是Pechan(屋顶)棱镜(图5),由施密特棱镜和半五棱镜组成。它携带六个全反射和一个小的气隙,以允许棱镜系统内的TIR。偶数次反射使图像保持右手。如果精确对齐,则不会沿对象的轴产生位移,尽管图像是反转的。


使用Pechan屋脊棱镜旋转180°

最后,但可能是最容易识别的组合棱镜,是立方体分光棱镜(图6)。与平板分束器(通常是带有介电和抗反射(AR)涂层的平面窗口)不同,立方体分束器由两个直角棱镜组成。通常,两个棱镜粘附在一起,但也存在光学接触分束器。为了“分裂”入射光束,在其中一个直角棱镜的斜边上涂上一层电介质涂层。该涂层在一个方向上反射光束的一部分,并允许另一个方向通过整个立方体传输。涂层的类型决定了这种分裂是50/50、30/70还是70/30,以及透射或反射的特定波长和/或偏振。由于熟练的验光师需要精确对准以将两个斜边粘在一起或接触在一起,因此最好购买一个完整的分束器组件,而不是尝试使用两个相同的直角棱镜。

图6:立方体分光棱镜

了解每个特定几何体背后的光学理论有助于为任何应用选择最佳棱镜或棱镜组合。