一种可90度转像的180度反射棱镜的制作方法

1.本发明属于光学元件领域，具体涉及一种可90度转像的180度反射棱镜。


背景技术：

2.180度反射棱镜具有将入射光线沿原方向反射的特性，在光学成像、光学测量、光学系统设计等领域均有广泛的应用。常用的180度反射棱镜主要包括直角棱镜和角锥棱镜，以及由多个棱镜组合而成的棱镜堆。这些180度反射棱镜一般可实现对入射像的180度旋转或镜像，一般不能实现对物像的90度旋转。在光学系统设计中，除了需重点考虑棱镜对光线的反射、透射等特性，棱镜对入射像的旋转、镜像等特性也是影响棱镜应用的重要因素，因此需要设计各种对入射像进行旋转、镜像、平移等操作的棱镜以满足光学系统设计的需要。例如，可以利用道威棱镜对入射像的旋转特性设计消像旋成像系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种可90度转像的180度反射棱镜，实现对物像的90度旋转。
4.本发明所采取的技术方案为：
5.一种可90度转像的180度反射棱镜，该反射棱镜是由通光面、第一全反射面、第二全反射面和第三全反射面组成的四面体abco。通光面为面abc，第一全反射面为面abo，第二全反射面为面bco，第三全反射面为面aco。
6.通光面为等腰直角三角形，角abc为直角，边ab＝bc；第一全反射面与通光面相交于边ab，并与通光面成45度角；第二全反射面与通光面相交于边bc，并与通光面成45度角；第三全反射面与通光面相交于边ac，并与通光面垂直。
7.入射光垂直于通光面入射棱镜，入射光依次经第一全反射面、第三全反射面、第二全反射面三次全反射反射后垂直于通光面出射棱镜，三次全反射的入射角和反射角均为45度，出射光与入射光平行，出射像相对于入射像实现90度旋转。
8.反射棱镜的材料为满足通光波段光学指标要求的光学材料，且材料折射率需满足通光波段45度全反射条件，即材料折射率
9.进一步，根据光通过反射棱镜的部位将反射棱镜上光线未通过的部位全部或部分切除。
10.进一步，通光面镀有相应通光波长的增透膜。
11.进一步，第一全反射面、第二全反射面、第三全反射面可设计成镀有反射膜反射镜面。
12.本发明的有益效果为：
13.本发明的反射棱镜可实现对垂直于通光面入射的光线实现180度反射，且出射像相对于入射像旋转了90度；该反射棱镜的这种特殊特性在光学成像、光学测量、光学系统设计等领域可以得到广泛应用。
附图说明
14.图1是本发明的反射棱镜的结构示意图；
15.图2是本发明的反射棱镜对入射像旋转90度的原理图；
16.图3是本发明实施例的反射棱镜示意图。
17.图中：1-第一全反射面，2-第二全反射面，3-第三全反射面，4-通光面，5-入射像，6-第一像，7-第二像，8-出射像。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
19.本发明设计了一种可实现90度转像的180度反射棱镜，其对光线的反射特性类似于直角棱镜，可对垂直于通光面的入射光线实现180度反射，入射光与反射光间的间距可通过棱镜尺寸及入射光的位置确定；其反射像相对于入射像可实现90度旋转。
20.本发明的可90度转像的180度反射棱镜，如图1所示，是由通光面4、第一全反射面1、第二全反射面2、第三全反射面3组成的四面体abco。其中，通光面4为面abc，第一全反射面1为面abo，第二全反射面2为面bco，第三全反射面3为面aco。
21.通光面4为等腰直角三角形，角abc为直角，边ab＝bc；第一全反射面1与通光面4相交于边ab，并与通光面4成45度角；第二全反射面2与通光面4相交于边bc，并与通光面4成45度角；第三全反射面3与通光面4相交于边ac，并与通光面4垂直。
22.入射光垂直于通光面4入射棱镜，入射光依次经第一全反射面1、第三全反射面3、第二全反射面2三次全反射反射后垂直于通光面4出射棱镜，三次全反射的入射角和反射角均为45度，出射光与入射光平行，出射像8相对于入射像5实现90度旋转。
23.反射棱镜的材料为满足通光波段光学指标要求的光学材料，且材料折射率需满足通光波段45度全反射条件，即材料折射率
24.进一步，根据光通过反射棱镜的部位将反射棱镜上光线未通过的部位全部或部分切除，仅保留光线通过的部位。
25.如图2所示，通过辅助立方体abcdefgh可证明该反射棱镜对入射像的90度旋转特性。设辅助立方体abcdefgh的几何中心为o点，连接oa、ob、oc，则四面体abco即为所述反射棱镜，其中面abc为通光面4，面abo为第一全反射面1，面bco为第二全反射面2，面aco为第三全反射面3。
26.设入射像5在面abc通光面4上，方向为x方向。因为面abo第一全反射面1即为面abgh，所以入射像5通过第一全反射面1成的第一像6在面abfe内，第一像6的方向为x方向。因为面aco第三全反射面3即为面acge，所以第一像6通过第三全反射面3成的第二像7在面aehd内，第二像7的方向为z方向。因为面bco第二全反射面2即为面bche，所以第二像7通过第二全反射面2成的第三像在面efgh内，第三像的方向为z方向。第三像即为入射像5经第一全反射面1、第三全反射面3、第二全反射面2反射后成的出射像8。因为入射像5的方向为x方向，出射像8的方向为z方向，所以入射像5经反射棱镜反射后的出射像8方向旋转了90度。
27.按图3所示三视图可加工该反射棱镜的外形。设单位长度为a，反射棱镜的所有加工尺寸均在图中标示。通光面4、第一全反射面1、第二全反射面2、第三全反射面3均需进行光学抛光，以满足光线透射和全反射条件，针对某些应用，通光面4还需镀响应增透膜。反射棱镜的材料为满足通光波段光学指标要求的光学材料，且材料折射率需满足通光波段45度全反射条件，即材料折射率
28.综上所述，本发明是一种可90度转像的180度反射棱镜，其对光线的反射特性类似于直角棱镜，可对垂直于通光面的入射光线实现180度反射，入射光与反射光间的间距可通过棱镜尺寸及入射光的位置确定；其反射像相对于入射像可实现90度旋转。
29.本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种可90度转像的180度反射棱镜，其特征在于，该反射棱镜是由通光面、第一全反射面、第二全反射面和第三全反射面组成的四面体abco；通光面为面abc，第一全反射面为面abo，第二全反射面为面bco，第三全反射面为面aco；通光面为等腰直角三角形，角abc为直角，边ab＝bc；第一全反射面与通光面相交于边ab，并与通光面成45度角；第二全反射面与通光面相交于边bc，并与通光面成45度角；第三全反射面与通光面相交于边ac，并与通光面垂直；入射光垂直于通光面入射该反射棱镜，并依次经第一全反射面、第三全反射面和第二全反射面三次全反射反射后垂直于通光面出射该反射棱镜；三次全反射的入射角和反射角均为45度，出射光与入射光平行，出射像相对于入射像实现90度旋转；该反射棱镜的材料折射率2.根据权利要求1所述的可90度转像的180度反射棱镜，其特征在于，根据光通过该反射棱镜的部位，将该反射棱镜上光线未通过的部位全部或部分切除。3.根据权利要求1所述的可90度转像的180度反射棱镜，其特征在于，通光面镀有相应通光波长的增透膜。4.根据权利要求1所述的可90度转像的180度反射棱镜，其特征在于，第一全反射面、第二全反射面和第三全反射面设计成镀有反射膜反射镜面。

技术总结
本发明公开了一种可90度转像的180度反射棱镜，该反射棱镜是由通光面、第一全反射面、第二全反射面和第三全反射面组成的四面体ABCO；通光面为面ABC，第一全反射面为面ABO，第二全反射面为面BCO，第三全反射面为面ACO；入射光垂直于通光面入射该反射棱镜，并依次经第一全反射面、第三全反射面和第二全反射面三次全反射反射后垂直于通光面出射该反射棱镜；三次全反射的入射角和反射角均为45度，出射光与入射光平行，出射像相对于入射像实现90度旋转。本发明的反射棱镜可实现对垂直于通光面入射的光线实现180度反射，且出射像相对于入射像旋转了90度；该反射棱镜的这种特殊特性在光学成像、光学测量、光学系统设计等领域可以得到广泛应用。泛应用。泛应用。


技术研发人员：彭堂超 余龙 王波 陈华旺 胡锐锋 丁伟
受保护的技术使用者：湖北久之洋红外系统股份有限公司
技术研发日：2022.05.19
技术公布日：2022/8/12