棱鏡主要是一種由兩兩相交但彼此均不平行的平面圍成的透明物體,用以分光或使光束發(fā)生色散;棱鏡不僅可以使光線偏移,還可以用來調(diào)整圖像方向。棱鏡的加工材料有很多種光學玻璃,石英,氟化鈣,硒化鋅,鍺。
棱鏡分為直角棱鏡,等邊棱鏡,五角棱鏡,屋脊棱鏡,道威棱鏡,分光合色棱鏡,偏振分光棱鏡,角錐棱鏡,楔形棱鏡,斜方棱鏡,鮑威爾棱鏡等,每個棱鏡根據(jù)需求進行光學鍍膜。
棱鏡應用領(lǐng)域為:相機,投影機,光學儀器,指紋儀,準之儀,測距儀,探像器,機械瞄準鏡,太陽能轉(zhuǎn)換器,測距儀,正像望遠鏡,激光治療設(shè)備,激光測量系統(tǒng)等
直角棱鏡
直角棱鏡通常用來折轉(zhuǎn)光路或使光學系統(tǒng)所成的像偏轉(zhuǎn),選擇不同入射面可以使光路偏轉(zhuǎn)90°或180°,此時成像顛倒情況也不同。直角棱鏡也可用于合像、光束偏移等應用。
當光從棱鏡直角面入射時,光線會在棱鏡斜面上發(fā)生全內(nèi)反射,并從另一個直角面出射,光束實現(xiàn)90°反射。>>當光從棱鏡的斜面入射時,光會在直角面發(fā)生兩次全反射,最后以平行于入射光束的方向從斜面出射,光路實現(xiàn)180°反射,另外此時產(chǎn)生的180°偏轉(zhuǎn)與光入射角度無關(guān)。與普通的反射鏡相比,直角棱鏡有以下優(yōu)點:
· 直角棱鏡本身有較大的接觸面積,且有45°、90°等典型角度,易于調(diào)整。
· 對于機械應力具有更好的穩(wěn)定性。
· 折轉(zhuǎn)光線的原理是全反射,與反射鏡的干涉原理不同,對鍍膜依賴相對較低
直角棱鏡- 偏轉(zhuǎn)、偏移
功能 將光線偏轉(zhuǎn)90°、圖像為左旋性、組合用于圖像/光束偏移
應用 內(nèi)鏡、顯微鏡、激光校準、醫(yī)療儀器
等邊棱鏡
等邊棱鏡的三個角的角度都為60°,同時又稱為色散棱鏡。
當一束光傾斜入射到第一面時,由于玻璃的折射率和波長有關(guān),其不同顏色的光折射不同的角度,這樣在另一側(cè)便出現(xiàn)一個光譜。頂角為60°時,可以兼得分散和最少反射損失。色散能力越高或阿貝數(shù)越小的玻璃,產(chǎn)生的角色散越大。
功能 把一束光分散成不同的顏色
應用 光譜分析實驗和儀器之中
五角棱鏡
五角棱鏡的特性是光線由90°角的任一面垂直入射,然后經(jīng)其45°角的兩個面反射,從90°角的另一面出射,入射光線和出射光線等于90°角,這樣應用五角棱鏡可把光軸轉(zhuǎn)過90°。最近以來,利用五角棱鏡的這個特性進行大平面的平面性測量 [1] ,即把五角棱鏡繞水平軸作旋轉(zhuǎn)時出射光線在垂直面內(nèi)掃出一個平面,反之繞垂直軸旋轉(zhuǎn),可測定水平面內(nèi)的平面性,當采用激光作光源時,由于激光射程遠,便可以掃出一個很大的平面,這對于用作房屋建設(shè)、大工程建設(shè)中的平面性測量顯然是簡單方便而又精度高的,因此五角棱鏡的需要愈來愈多。
五角棱鏡無法實現(xiàn)根據(jù)臨界角原理的內(nèi)部全反射。因此,此棱鏡的兩個反射面一般被鍍上鋁膜,并涂了黑漆,其入射面和出射面鍍了MgF2 單層防反射膜,
功能 將光線偏轉(zhuǎn)90° 、圖像為右旋性
應用 視覺瞄準、投影、測量顯示系統(tǒng)
屋脊棱鏡
屋脊棱鏡(RoofPrism)體積較小而且可以使物鏡和目鏡位于一條直線上,因此常用于極緊湊的雙筒鏡。與普羅棱鏡相比,屋脊棱鏡有兩個主要的缺點,一是光線的損失多,成像較暗;二是對裝配精度要求高,難于制造,價格也較貴,制造精良的屋脊棱鏡在性能方面可以趕上但不會超過普羅棱鏡。
屋脊棱鏡關(guān)鍵在于存在屋脊面,所謂屋脊面就是光路里面會遇到一個屋脊形的由兩個反射面夾起來的反射面,兩個面的棱在光路正中,所以有的屋脊棱鏡可以看到中間有條分界線,其實也可以理解為把光束分成兩半再拼合起來。
功能 將光線偏轉(zhuǎn)90°、圖像1為右旋性,將光線偏轉(zhuǎn)45°、圖像2為右旋性
應用 顯微鏡、望遠鏡目鏡采用屋脊棱鏡結(jié)構(gòu)的望遠鏡,通常稱為ROOF屋脊式望遠鏡,而采用保羅棱鏡結(jié)構(gòu)的望遠鏡,通常稱為保羅式望遠鏡。望遠鏡剛面市的年代都是采用保羅式,隨著望遠鏡技術(shù)的發(fā)展,
屋脊式才營運而生,屋脊式望遠鏡由于結(jié)構(gòu)相對復雜,生產(chǎn)工藝高,所以制造成本高,一般都應用于高端的望遠鏡。
道威棱鏡
結(jié)構(gòu)及原理:利用臨界角原理實現(xiàn)內(nèi)部全反射,視場角有效,通常由兩個三棱鏡組成,兩個棱鏡的底面互貼在一起,形成一個接近90°的夾角;
功能 道威棱鏡是一種像旋轉(zhuǎn)器。光線經(jīng)過此棱鏡后,此像被顛倒180°。另外,使此棱鏡以其光軸為軸旋轉(zhuǎn)時,像的旋轉(zhuǎn)角為棱鏡旋轉(zhuǎn)角的兩倍。
應用 干涉測量、天文、模型識別、在檢測器后面或周圍的視角成像
分光合色棱鏡
合色棱鏡是投影儀中常用的一種光學元件,它的原理是是將三基色單色光圖像組合,形成最終屏幕上的彩色圖案。
結(jié)構(gòu)上,它是由帶有不同鍍膜的棱鏡,經(jīng)粘合后制成的。如下圖所示。例如,紅光反射膜對紅光來說是一面鏡子,會使紅光發(fā)生反射;對藍光和綠光來說相當于一片玻璃,可以被透過。
它在投影儀中工作時,紅綠藍三色圖像分別從三個方向入射,經(jīng)三色棱鏡反射后,從同一方向出射,就形成了彩色的圖像。由這四塊鍍制特定光學薄膜直角棱鏡膠合而成
從上邊來看,合色棱鏡對光具有分光和折射的作用。當我們使用白光照射時,棱鏡通過折射使不同波長(即顏色)的光分開,再加上不同反射膜的反射作用,最終呈現(xiàn)出漂亮的光學現(xiàn)象。
應用范圍: 光學鏡頭,照相機,便攜式攝錄機,光譜設(shè)備
1。技術(shù)應用上
合色棱鏡的英文是X-Cube
合色棱鏡是LCD多媒體投影儀及LCD背投電視的核心光學組件——合色分色棱鏡組的構(gòu)成元件。
2。智力玩具
某寶上現(xiàn)在也叫光之立方合色棱鏡
光學儀器是由單個或多個光學器件組合構(gòu)成。光學儀器主要分為兩大類,一類是成實像的光學儀器,如幻燈機、照相機等;另一類是成虛像的光學儀器,如望遠鏡、顯微鏡、放大鏡等。
偏振分光棱鏡是一種用于分離光線的水平偏振和垂直偏振的光學元件。偏振分光棱鏡是通過在直角棱鏡的斜面鍍制多層膜結(jié)構(gòu),然后膠合成一個立方體結(jié)構(gòu),利用光線以布魯斯特角入射時P偏振光透射率為1而S偏振光透射率小于1的性質(zhì),在光線以布魯斯特角多次通過多層膜結(jié)構(gòu)以后,達到使的P偏振分量完全透過,而絕大部分S偏振分量反射(至少90%以上)的一個光學元件。
功能偏振分光棱鏡用于將一束光的水平偏振和垂直偏振分開,P光與S光的透過率之比大于1000,同時保證P光透過率在90%以上。具有應力小、消光比高、成像質(zhì)量好、光束偏轉(zhuǎn)角小等特點。波長涵蓋420-1600nm區(qū)域??捎米髌鹌?、檢偏、光強調(diào)節(jié)等場合。
角錐棱鏡是一種作回射用的玻璃元件,它用三個90°角回射入射光束。
角錐棱鏡是一種作回射用的玻璃元件,它用三個90°角回射入射光束。這些玻璃角的誤差必須在幾秒精度以內(nèi),但是入射面可以有5″以上的誤差而對角錐棱鏡的性能無明顯的影響。
功能 將光線偏轉(zhuǎn)180°、圖像為左旋性、不論棱鏡的方向如何,將進入棱鏡面的任何光束反射回其本身。
應用 干涉測量、軸線校準、測距、激光追蹤、精密校準
楔形棱鏡
楔鏡(又名楔角棱鏡)是一種帶有傾角斜面的光學棱鏡,主要在光學領(lǐng)域用于光束控制偏移。楔角棱鏡兩面的傾角比較小,它能夠使得光路向較厚的有一邊偏折,如果使用一個楔形棱鏡可以對入射光路進行一定角度的偏移,兩個楔形棱鏡組合使用可以當做變形棱鏡使用,主要用于校正激光光束。在光學領(lǐng)域中楔形棱鏡是一種立項的光路調(diào)整器件,兩個可旋轉(zhuǎn)的棱鏡可以在一定范圍(10°)內(nèi)調(diào)整出射光束的方向。
功能 單獨使用可將激光光束偏轉(zhuǎn)至一定的角度、
應用 光束偏轉(zhuǎn)、可調(diào)諧激光、不規(guī)則形狀成像、紅外成像、監(jiān)控、遙測或紅外分光鏡等光學系統(tǒng)
菱形棱鏡(斜方棱鏡)
斜方棱鏡也叫做菱形棱鏡,可以讓光線入射棱鏡面經(jīng)過兩次全反射之后產(chǎn)生側(cè)向位移,但同時不改變傳播方向。在通過鍍膜和膠合可以制作稱為分光棱鏡或者經(jīng)過鍍膜之后制作成偏振光束分光棱鏡。目前斜方棱鏡廣泛在顯微鏡和潛望鏡中使用。
功能 偏移光軸而不改變旋性、方向保持不變(沒有光線偏轉(zhuǎn)
應用 放大鏡 、測距器、激光儀器
保羅棱鏡
保羅棱鏡是手持雙筒望遠鏡中最常用到的光學零件,通過它可以將物鏡所成的倒像再次上下顛倒變成正像,保羅棱鏡本身的結(jié)構(gòu)非常簡單,橫截面就是一個等腰直角三角形,三個夾角分別是45°,45°和90°,所以制造難度非常低,另外保羅棱鏡是利用全反射的原理反射入射光線,并不需要鍍反射膜,而且一組保羅棱鏡只需要在斜邊所在的兩個面鍍增透膜,所以保羅棱鏡的成本相對較低!并且保羅棱鏡也不存在雙像差和相位差,所以采用保羅棱鏡的望遠鏡,往往可以獲得很好的光學效果,售價也比較低廉。但是保羅的入射光線和出射光線并不在一條線上,這種結(jié)構(gòu)導致望遠鏡的體積和重量都比較大,而且物鏡中心間距過大,導致望遠鏡的立體感過強,不適合觀測幾米以內(nèi)的近距離目標。目前保羅棱鏡主要應用在低端手持望遠鏡和大口徑望遠鏡以及軍用等特種望遠鏡上,對于低端產(chǎn)品而言,可以用很低的價格實現(xiàn)比較好的光學效果。對大口徑望遠鏡而言,本身就不存在便攜性,用保羅棱鏡根本沒關(guān)系,而且成本也更低效果更好。對于軍用望遠鏡而已,采用保羅棱鏡可以獲得更牢固的結(jié)構(gòu)。
鮑威爾棱鏡
鮑威爾棱鏡是一種光學劃線棱鏡,它使激光束通過后可以zuiyou化地劃成光密度均勻、穩(wěn)定性好、直線性好的一條直線。鮑威爾棱鏡劃線優(yōu)于柱面透鏡的劃線模式,能消除高斯光束的中心熱點和褪色邊緣分布。
高斯激光束通過普通的柱面透鏡時,會產(chǎn)生不均勻分布的直線,而鮑威爾棱鏡的頂部是復雜的二維非球面曲面,激光通過時會產(chǎn)生大量球面像差,重新分配光路,減少中心區(qū)域的光,增加邊緣的光,形成一條均勻的直線,適用于各種生物醫(yī)學、汽車裝配、食品加工等機器視覺應用。