[拼音]：fanshe yuanjian

[外文]：reflecting elements

至少有一个反射面的光学元件。反射面是指按照反射定律使光线有规则反射的光学表面。光学仪器中的反射元件起着折转光路、缩小仪器体积、改变像的正倒关系等作用。反射面不是平面的元件还能使光束会聚（或发散），因此可以作为照明系统或成像系统的主要元件使用。

借助于反射面上的全反射现象，或者在光学表面上镀反射膜，可以获得很高的反射率。用于分割光束的反射元件则在反射面上镀析光膜，使入射光一部分反射，另一部分透射。

家庭中常见的穿衣镜就是平面镜（在不引起误解时，反射镜可简称镜）。穿衣镜是在平板玻璃的后表面镀反射膜制成的；与它相比，光学仪器中的平面镜尺寸小得多，但技术要求则高得多，且反射膜镀在前表面的居多。

平面镜的主要性质有：

（1）对实物成虚像，物和像对称于反射面；

（2）以坐标系 xyz表示实物，它被镜所成的虚像为x′y′z′（图1），将x′y′z′整体平移或旋转都不能使其各轴与xyz的对应轴同时重合，因此称x′y′z′为xyz的镜像；

（3）保持入射光线方向不变，若平面镜偏转θ角，反射光线方向偏转2θ角（图2）。

彼此间保持固定角度关系的一组平面镜。

由夹角为嗞 的两个平面镜构成的平面镜组简称{嗞}°（{嗞}°表示嗞的数值）角镜，例如 45°角镜、90°角镜（图3）。与反射面交线P垂直的任何平面都是角镜的主截面。在主截面内入射的光线依次经两个平面镜反射后射出，出射光线与入射光线夹角为2嗞（图3a）。当角镜作为一个刚体绕P转动时，嗞不变，因此光线夹角2嗞也不变。例如90°角镜（图3c）绕P摆动时， 2嗞=180°不变，因此出射光线总是与入射光线平行而方向相反。角镜使光线折转恒定角度这一特性在某些光学仪器中得到应用。例如光学测距机在外界因素（阳光照射、重力等）影响下，测距机管体难免发生某些程度的弯曲变形，而安装在左右两端的45°角镜（图3b）仍能保证入射光线折转90°角。

图4是由两个以上平面镜构成平面镜组的一个例子。这是由互成直角的三个平面镜构成的平面镜组，称为空心锥镜。入射光线依次被三个平面镜反射后射出，出射光线刚好与入射光线平行而方向相反。

用透明材料制造、由几个光学平面（至少包含一个反射面）围成的多面体。与折射棱镜不同，当白光通过反射棱镜时不会引起色散。

图5是光学仪器中常用的一些反射棱镜示意图。有一个反射面的直角棱镜（图5a）使光轴折转90°。有两个反射面的直角棱镜（图5c）在光学性能上与90°角镜相似。在棱镜式双筒望远镜的每个镜筒中都用两个这样的棱镜把倒像变成正像（图6）；一个棱镜使像上下颠倒，另一个棱镜使像左右颠倒。

直角屋脊棱镜（图5b）实际上由一整块光学玻璃制成，但从原理上看，是一种直角棱镜（图5c）叠加在另一种直角棱镜（图5a）的反射面上，形成所谓“屋脊”，因此它兼有这两种直角棱镜的性能。

五棱镜与45°角镜有相似的性能。斜方棱镜相当于一个嗞=0°的角镜，因此出射光线与入射光线的夹角为2嗞=0°，也就是说，光线通过斜方棱镜后只产生平移而方向不变。在一些双目仪器中利用两个旋转的斜方棱镜改变仪器左、右出瞳之间的距离，使之适应不同观察者的左、右眼间距。

道威（Dove）棱镜和别汉（Pechan）棱镜性能相似，当它们绕仪器光轴旋转 θ角时都会引起像旋转2θ角。在某些光学瞄准镜中应用了这一特性，令棱镜转动引起的像旋转刚好抵消瞄准线周视扫描引起的像旋转，因而当瞄准线向四周扫描时，观察者看到的外界目标总是正立的。

常见的锥体棱镜从几何形状上讲犹如从玻璃立方体上切下来的一个角（图7），它的三个反射面OAB、OAC和OBC互成直角，因此与空心锥镜的性能相似。用激光测距仪测量目标距离时，如果是合作目标而不是敌对目标，可在目标上安装若干锥体棱镜，使射向目标的激光有很大一部分反射后沿原路返回，增强激光测距仪的接收信号。

如上所述，许多反射棱镜都与一定的平面镜组相对应，但实际的光学仪器常采用反射棱镜而较少采用与之对应的平面镜组，原因是：

（1）大多数反射棱镜可利用全反射现象减少光的损失；平面镜组则必须镀膜以提高反射率，这些反射膜层容易受外界因素影响而损坏或降低效能。

（2）反射棱镜光学表面之间的角度一旦加工到所需精度后，能长期保持不变；平面镜?榈木导浼薪侨菀资芑肪程跫跋於涠?

（3）在恶劣的装夹条件下，平面镜组的表面容易变形而使成像质量下降；反射棱镜在相同条件下表面变形量较小。与平面镜组相比，反射棱镜不太有利的方面在于对原材料要求高。材料不但要透明，而且要有高度的光学均匀性。如果反射棱镜体积较大，往往在寻找大块的合格材料上遇到困难。

制造反射棱镜用的光学材料都有色散性能，为避免引起色差，设计反射棱镜时要遵循一个原则：棱镜展开后等效于两表面互相平行的平板。

分束元件是将入射光通量分割成反射和透射两部分并保证二者有适当比例关系的元件。有时还要求反射部分和透射部分各有其特定的光谱性能，这样的分束元件可称分色元件。

图8是两种常见的分束元件。除了反射面上镀析光膜(使光部分透射、部分反射的膜层)外，其他方面与平面镜或反射棱镜并无多大差别。分束板(图8a)在非平行光束中应用时，产生双像以及像散；因此非平行光束中用分束棱镜（图8b）较适宜。但在必须用大尺寸分束元件的场合下，分束板往往因较轻便而被采用。

析光膜有金属膜和介质膜（见光学薄膜）两种。金属膜的光谱性能为中性，即反射光束与透射光束的光谱组成大体相同；金属膜的缺点是吸收损失大，约有三分之一的入射光通量被膜层吸收。介质膜几乎没有吸收损失，而光谱性能则或多或少地偏离中性。对于一般的分束元件，偏离中性可能是缺点，对于分色元件则可利用介质膜的这一特点达到分色目的。

图9表示一种常见的分色元件──彩色电视摄像机的分色棱镜。入射光线遇到的第一个介质膜将绿光反射，让红光和蓝光通过；第二个介质膜反射红光，让蓝光透过。

工作面为精确的球面，是最简单的成像元件之一。如果用金属制造球面镜，抛光后，金属表面本身就有较高的反射率；但是光学仪器中的球面镜多由玻璃磨制而成，在其抛光的球面上必须镀反射膜以提高反射率。

球面镜分凸、凹两种，常用的是凹球面镜。设球面曲率半径为R，则球面镜的焦距为R/2，这一数值与光的波长无关，也就是说球面镜不产生色差；由于这一特点，它常被用在光谱仪器中。图10表示一种分光光度计的单色光器光学系统，由光栅和两个球面镜组成。

凹球面镜还可以作为天文望远镜的物镜使用；虽然存在一些像差，但对于天文普及这一类用途而言，已能满足要求。高质量的天文望远镜则需要加校正元件，例如马克苏托夫天文望远镜（图11）用弯月形透镜校正凹球面镜的像差。

工作面既不是平面也不是球面的反射元件。 比较常用的抛物面镜、 椭球面镜和双曲面镜（图12）从几何观点看都是由一段圆锥曲线绕轴回转而形成其工作面的。在这根轴上有一对无像差的共轭点F1和F2(其中抛物面镜的F1在无穷远处)，因而一些古典的天文望远镜利用它们构成物镜。牛顿天文望远镜用抛物面镜作为物镜，远处的星发出的光被抛物面镜反射后在 F2处形成星的完善像。格雷戈里天文望远镜(图13)是在此基础上加一个椭球面镜构成的；抛物面镜形成的星像落在椭球面镜的焦点F1上，光线被椭球面镜反射后，聚于椭球面镜另一焦点F2上，形成星的完善像。卡塞格伦天文望远镜（图13）与此类似，只不过用双曲面镜代替椭球面镜而已。

除了上述几种具有回转对称轴的非球面镜外，还有柱面镜、镯面镜等也偶尔在光学系统中应用。非球面镜由于不具备像球面镜那样的对称性，要加工到高精度(面形精度达到波长数量级)很不容易，往往需要用手工一件一件修磨，很难成批生产。但在对面形精度要求不高的场合下，非球面镜较易加工，应用也较广泛，如探照灯用的抛物面镜，电影放映机用的椭球面镜等。

参考书目

连铜淑著:《棱镜调整》，国防工业出版社，北京，1978。

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