光学棱镜种类汇总(一)

1   光学棱镜的分类

光学棱镜，是由透明的光学材料制成的多表面体，且各个表面都是平面。利用光学棱镜，可以实现光束的色散或者折转，因此，它可以大致分为两大类，一类是色散棱镜，另一类是反射棱镜。色散棱镜通常应用在光谱仪器中，将复合光分束成多个波长的光束，下图中，是一个色散棱镜将白光分为了红绿蓝等各类单色光的例子

与色散棱镜相比，反射棱镜应用的更为广泛，在照相机、望远镜、显微镜和各类医疗仪器中都可以看到反射棱镜的身影。根据结构形式的不同，反射棱镜又细分成了多种类型的棱镜，今天，我们就将这些棱镜的类型做一下汇总，来帮助大家更**的了解棱镜类产品。

2   常见的光学棱镜汇总

我们从*常见的直角棱镜开始介绍。

2.1直角棱镜（Right-angled prism）

直角棱镜的横切面是一个直角三角形，光学面包含两个直角面和一个斜面，通常光束从一个直角面入射，经过斜面反射后，光束会折转90度，并从另一个直角面出射，如下图所示：

2.2屋脊直角棱镜（Right-angled roof prism）在直角棱镜的基础上，将直角棱镜的斜面分成两个面，并向上隆起，形成屋脊的形状，分成的两个面相互垂直，就成为了屋脊直角棱镜。屋脊直角棱镜的光路图如下所示，进入棱镜的光束，在屋脊处会先发生一次折转，将影像的左右两部分互换，然后再出射出来。

2.3阿米西棱镜（Amici prism）阿米西棱镜是以***意大利天文学家乔凡尼·阿米西命名的，它的反射角度可以任意设定，相当于是在三角棱镜的基础上切下来尖角部分后，剩下的棱镜部分，光路如下图所示，光束垂直于入射面进入棱镜，经过一次反射后，垂直于另一个表面出射：

阿米西棱镜表面也可以做成屋脊的形式，构成阿米西屋脊棱镜，该棱镜的常见功能是沿中心线分开图像，并将左右两部分互换。2.4菱形棱镜（Rhomboid prism）菱形棱镜的切面是平行四边形的形状，它的锐角是45度，因此可以看作是两个直角棱镜粘接在一起的形式，它的效果是使入射光束产生一定距离的移位后出射。菱形棱镜的一个斜面也可以做成屋脊的形式，下图给出了常规的菱形棱镜和有屋脊的菱形棱镜的示意图：

2.5广义的菱形棱镜（Generalized rhomboid prism）

广义的菱形棱镜，它的形状也是平行四边形，不过它的锐角是任意角度的，光线入射至棱镜内部后，会发生一次反射后再出射，如下图所示：

当棱镜绕着入射光线做旋转时，出射的图像方向并不会随着棱镜的旋转而旋转，这一特性使其适用于眼科仪器中瞳距匹配的场合。

2.6双反射棱镜（Two-reflective prism）作为广义菱形棱镜的一种变形，双反射棱镜具有两个不同角度大小的锐角，出射方向由两个锐角的大小决定，如下图所示：

2.7保罗棱镜（Porro prism）保罗棱镜通常也是等腰直角三角棱镜，只是光束从斜面入射，经过两个直角面的反射后，再从斜面出射，从而实现改变影像方向的作用。保罗棱镜也可以在直角面作成屋脊的结构，从而形成屋脊保罗棱镜。常规的保罗棱镜和屋脊保罗棱镜的示意图如下所示：

2.8回反棱镜（Retroreflecting prism）回反棱镜是上面提到的保罗棱镜的变形，棱镜的底角α小于45度，从斜面入射的光束，经过短面反射后，会在斜面反射一次，再由另一个短面反射出去，光路如下所示：

2.9五角棱镜（Penta prism）五角棱镜是一种很常用的棱镜，它的一个角是直角，光束从直角面入射，在内部经过两次反射后，从另一个直角面出射，出射光线与入射光线成90度，光路图及实物图如下所示

2.10广义五角棱镜（Generalized Penta prism）广义的五角棱镜，是它的光学面所成的角度可以任意设定，从而使得光束在出射时相对于入射光束并不是偏转了90度，如下图，是一个出射角度与入射角度成110度的例子

2.11施密特棱镜（Schmidt prism）施密特棱镜的特点，是光束在棱镜内部被反射3次，因此棱镜内的光程相对较短，下图是施密特棱镜及其屋脊棱镜的光路示意图，光束垂直于表面入射，经过折转后，垂直于出射表面发出，在这个例子里，入射面和出射面同时作为内部的反射面使用：

3   结语

在本文中，我们对光学棱镜的种类进行了汇总，按照功能的不同，光学棱镜可分为色散棱镜和反射棱镜两大类，文中介绍了11种常见的光学单体棱镜，包括直角棱镜、菱形棱镜、保罗棱镜和五角棱镜等，值得注意的是，在使用这些单体棱镜时，光束都是垂直于表面入射的，因此，由棱镜自身引起的色散和像差都可以忽略。在下一篇中，我们将会继续介绍另外10种单体光学棱镜的概念和结构，敬请大家期待。