直角棱镜在观察方式上的妙用

2022-08-02 14:20:30 admin 3


直角棱镜具有 45 度直角三角形的简单几何形状(见图 1),是最常用的用于重定向光线和旋转图像的棱镜之一。该交互式教程探讨了直角棱镜的光反射和图像旋转、反转和反转,作为相对于入射光的棱镜方向的函数。


本教程使用定位为充当Porro棱镜的直角棱镜进行初始化,其中从方向标记发出的光进入斜边面。方向标记包含顶部的红色球体、左臂的蓝色块、底部的存根和右臂的黄色圆锥。在教程中,由方向标记发出并由棱镜反射的光由一条红线表示。方向标记的反转、旋转和反转可能是光通过直角棱镜的结果,并且取决于棱镜的方向。要操作本教程,请使用棱镜方向滑块更改直角棱镜Porro 棱镜道威棱镜方向标记滑块可用于围绕中心轴将方向标记旋转 0 到 360 度之间的任意角度

在直角棱镜中,以垂直角度进入较小棱镜面(或腿)之一的平行光波束从斜边(最长)面反射并通过另一腿射出。如果棱镜由折射率大于 2 的平方根(约 1.414)的材料构成,光线将在棱镜内部的玻璃/空气边界处发生全内反射。

这一特性使棱镜成为反射镜的绝佳替代品,因为反射面上不需要金属或介电涂层,可以作为近乎完美的反射器。发生的唯一光散射和损失(通常只有百分之几)是由于微小的表面缺陷、棱镜材料的吸收以及棱镜入口和出口腿的反射。仔细抛光表面并在腿上应用适当的抗反射涂层,即使是这些微小的光损失也将降至最低。在这个方向上,直角棱镜充当图像反转系统,顶面通过从右手图像产生左手图像来执行平面镜的职责,反之亦然。注意在图 1(a) 中对齐标记的尖端已经翻转,

重新定向直角棱镜,使光线现在通过斜边面进出,产生一个不可逆镜,如图 1(b) 所示。通常称为Porro棱镜,这种配置中的光束在进入棱镜后会经历两次内部反射,并在离开时偏离 180 度。结果,图像从上到下颠倒,但不从右到左颠倒。当以这种方式使用棱镜时,它通常被称为恒定偏差棱镜,因为无论光线进入棱镜的角度如何,入射光线和出射光线都是平行的。Porro 棱镜通常用于传统的双筒望远镜配置,它们正交地加倍在一起,首先反转然后反转光束以产生直立或直立的图像。双棱镜折叠光学系统的光路,并在每个方向上将图像水平和垂直位移一半的斜边长度。双目棱镜通常制造成圆角以减轻重量和尺寸,并在斜边面上切出一个小槽以阻挡以掠射角内部反射的光线。

直角棱镜相对于入射光束的第三个方向(图 1(c))通常称为鸽子棱镜,可用作图像旋转器。道威棱镜通常会去除不必要的三角形顶点部分,以减轻重量并减少杂散的内部反射。一束光线平行于斜边面进入道威棱镜,并在第一边向下折射到较长的内表面。在被斜边面完全反射后,光线在通过另一条腿离开棱镜时再次折射,并沿与进入棱镜之前的行进方向相同的方向前进。由于道威棱镜在通过会聚光时会引入大量像散,因此它几乎只用于准直光。道威棱镜不会偏离或移动图像,但它可用于反转或反转图像。

虽然乍一看,道威棱镜似乎是色散的良好候选者(由于光束的角度进入),但通过棱镜的光传输实际上相当于通过一块玻璃板,附带图像旋转的好处. 当棱镜沿纵轴旋转时,产生了鸽式几何形状的有趣效果。在图 1(c) 所示的方向上,通过道威棱镜的光形成了一个从上到下反转并从右到左反转的图像。但是,如果将棱镜旋转 45 度,则生成的图像将旋转 90 度,并且当棱镜再旋转 45 度(总共 90 度,实际上是放置在其“侧面”上)时,图像现在旋转了 180 度。因此,图像的旋转速度是棱镜的两倍。在实践中,两个道威棱镜通常在斜边处粘合在一起(在这些面上放置镜面后),以产生能够改变望远镜、潜望镜和其他光学仪器的视线方向的双棱镜。