Beschreibung von Quarzglas-Optikprismen
1. Rechtwinkelprisma
Ein Rechtwinkelprisma wird üblicherweise verwendet, um den Lichtweg umzuleiten oder das von einem optischen System erzeugte Bild um 90° abzulenken. Abhängig von der Ausrichtung des Prismas kann das resultierende Bild seitlich korrekt, aber vertikal invertiert erscheinen. Rechtwinkelprismen werden auch in der Bildkombination und der Strahlverschiebung eingesetzt.
Wenn Licht durch eine der rechtwinkligen Flächen eintritt, erfährt es eine Totalreflexion an der Hypotenusenfläche (Grenzfläche zur Luft) und tritt durch die andere rechtwinklige Fläche aus, was zu einer Ablenkung von 90° führt.
Wenn Licht durch die Hypotenusenfläche eintritt, erfährt es eine Totalreflexion an beiden rechtwinkligen Flächen (Grenzflächen zur Luft) und tritt nach einer Ablenkung von 180° durch die Hypotenuse wieder aus.
2. Keilprisma
Wenn ein Keilprisma einzeln verwendet wird, kann es einen senkrecht einfallenden Lichtstrahl auf seiner vertikalen Oberfläche um einen bestimmten Winkel ablenken. Der Ablenkwinkel hängt vom Keilwinkel ab – unterschiedliche Keilwinkel führen zu unterschiedlichen Strahlabweichungen. Wenn der Strahl stationär bleibt und das Keilprisma gedreht wird, kann es eine kreisförmige Abtastung des Strahls erzeugen.
Ein Paar Keilprismen kann den Strahl auf jede Position innerhalb eines Vollwinkelkreises von 4θd lenken, wobei θd der Ablenkwinkel eines einzelnen Prismas ist. Diese Strahlsteuerung wird durch unabhängige Drehung der beiden Keilprismen erreicht. Es wird häufig in Bildgebungsanwendungen verwendet, um den Strahl auf verschiedene Positionen zu scannen, wodurch eine präzise Strahlsteuerung ermöglicht wird.
3. Pentaprisma
Ein Pentaprisma reflektiert das einfallende Licht zweimal innerhalb des Prismas und ändert seine Richtung um genau 90°. Das Bild bleibt aufrecht und behält seine ursprüngliche Händigkeit (keine Inversion oder Spiegelung) bei. Im Vergleich zu einem Einzelreflexions-Rechtwinkelprisma kann ein Pentaprisma den einfallenden Strahl unabhängig von der Montageausrichtung des Prismas präzise um 90° ablenken. Dies macht es stabiler als ein System, das aus zwei Spiegeln besteht, da es die Empfindlichkeit gegenüber dem Einfallswinkel des Lichts eliminiert.
Infolgedessen werden Pentaprismen häufig in verschiedenen optischen Beobachtungs- und Kalibrierungsinstrumenten wie Theodoliten, Kollimatoren und Entfernungsmessern verwendet. In DSLR-Kameras verwendet das Reflexsystem des Suchers ebenfalls ein Pentaprisma, um den optischen Pfad in einem festen Winkel umzuleiten.
4. Dove-Prisma
Das Dove-Prisma hat einzigartige optische Eigenschaften. Wenn Licht von der schrägen Fläche eintritt, behält der Ausgangsstrahl seine ursprüngliche Richtung bei, bildet aber ein invertiertes Bild. Wenn das Prisma um einen Winkel θ gedreht wird, dreht sich das resultierende Bild um 2θ. Wenn Licht von der Unterseite des Prismas eintritt, wird der Strahl in die entgegengesetzte Richtung reflektiert, wodurch ebenfalls ein invertiertes Bild erzeugt wird.
Das Dove-Prisma funktioniert am besten, wenn es mit kollimiertem (parallelem) Licht verwendet wird. Wenn der einfallende Strahl konvergent ist, kann Astigmatismus eingeführt werden, was die Bildqualität beeinträchtigt. Darüber hinaus entsteht aufgrund der Totalreflexion innerhalb des Dove-Prismas eine Phasendifferenz zwischen den s- und p-polarisierten Komponenten, die den Polarisationszustand des transmittierten Strahls beeinflussen kann.
5. Hohl-Dachspiegelprisma
Das Hohl-Dachspiegelprisma reflektiert Licht, das von den schrägen Oberflächen des Prismas eintritt. Im Gegensatz zu flachen Spiegeln bleibt der reflektierte Strahl parallel zum einfallenden Strahl, wird aber seitlich verschoben, wodurch Probleme durch Strahlinterferenzen vermieden werden.
Die beiden abgewinkelten Oberflächen der Rechtwinkelprismen sind in einem präzisen Winkel fixiert, wodurch der Aufbau viel bequemer und genauer ist als die manuelle Ausrichtung von zwei separaten Spiegeln, um eine parallele Strahlumkehrung zu erreichen.