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本帖最后由 TWOEYE 于 2014-11-17 09:50 编辑
说实话，好多年了，对屋脊镜子正像的原理一直没弄清楚，我多年前买的那具tasco10*25的棱镜被我拆下来看过多次，可还是未明其缘由，所以对屋脊镜子始终有点神秘感。终于，在最近又一次拆解屋脊棱镜观摩过程中，由于改变了思路，感觉一下茅塞顿开，自认为对于屋脊棱镜正像的道理基本上明白了，也算是温故而知新吧！今天，就不揣浅陋，把自己的所得写出来和大家共同分享！说的不妥之处还望方家不啬斧正。
一、施密特别汉棱镜
先来看看屋脊棱镜的实物图，图1就是我的那具tasco10*25的棱镜，这是棱镜组合起来的样子。
图1
图2，左边那块是辅助棱镜，它的作用是使光线偏转45度，它并不参与正像的过程。右边那块就是屋脊棱镜，正是这一块棱镜，实现了光线上下和左右的交换。
图2
图3，屋脊棱镜俯视图，两个屋脊面的夹角正好是90度。
图3
图4，辅助棱镜，可以看出它的一个面镀了反射膜，一般是银膜，因为这个面无法实现全反射。
图4
我的tasco10*25内部的这组棱镜被称为施密特别汉棱镜，这也是最常见的屋脊棱镜系统，大多数厂家都使用的都是这种棱镜系统。
屋脊棱镜系统是如何将物镜成的倒像变为正像呢？如图5，物镜成的倒像如上图，经棱镜转换后的像如下图，从图可以看出，把像的上下和左右颠倒过来，就等于实现了正像，因此我就只对射入棱镜的光线做上下和左右两个正交方向的分析，这样就使问题简单化了（实际上，并非棱镜哪一部分负责颠倒上下的光线，哪一部分负责颠倒左右的光线，任何一个望远镜，只有要保证在正交两个方向实现光线的颠倒就可以成正像了，用上下和左右来说明主要是为了更直观，看上去更明白）。
图5
图6，我们先来看施密特别汉棱镜是怎样把像的上下颠倒过来的：图中，黄色的是辅助棱镜，辅助棱镜一条边画的是灰线，表示那个面镀了反射膜；蓝色的就是屋脊棱镜，从图可以看出，光束从左边射入棱镜系统，经过在棱镜内部的多次反射，从右边射出时，本来位于上方的红色光线跑到下方去了，而本来位于下方的蓝色光线跑的上方去了，这就实现了像上下的颠倒，同时，从图上我们还可以看出，虽然上下两条光线互换了位置，但是射入和射出光束的中心轴（光束中心那条虚线，以下简称光轴）的仍在一条直线上，光轴没有发生位移和偏折，这就是为什么使用屋脊棱镜的望远镜可以做成直筒的原因。
图6
再来看屋脊棱镜是怎样把像的左右给颠倒过来的：实现这个功能的，正是那两个相互垂直的屋脊面，如图7，为了方便说明问题，假想一个垂直于屋脊线（两个屋脊面的交线，红色线条）的平面（用黄色表示），将屋脊棱镜从正中切开，图中，绿色的是屋脊面，红色的线条就是屋脊线，黄色的表示平面，屋脊棱镜被平面所截的截面就是粗黑线条所围的区域。
图7
图8，这就屋脊棱镜的截面图，左右两绿色线条就代表两个屋脊面，这两个面的夹角正好是90度，图8的光路图只是说明问题，实际并不一定如此，这次，我选择了物像上不对称的两点，这样便于看清光线的走向，因为如果选用物像上对称的两个点的话，光线反射后，从俯视来看，光线会相互重合。一个假设的物像在右端点上射出一红色光线，而在接近物像左端处射出了一蓝色光线，经过两个屋脊面的反射后，左边的光线跑到了右边，右边的光线跑到了左边，这就实现了物像左右的颠倒。
图8
通过对射入棱镜上下和左右的光线的分析，可以看出，施密特别汉棱镜对射入的光线实现了上下和左右的交换，从而将物镜所成的倒像转换为正像。
也许你会问，不要那块辅助棱镜行不行？可以，不要辅助棱镜，只要那一块屋脊棱镜，也可以实现全正像，但是光轴会偏转45度。如图9，45度全正像天顶镜就是利用这一块屋脊棱镜来实现的。还有，有的观鸟镜也是使用的这样一块屋脊棱镜（45度型）。对于使用屋脊棱镜的观鸟镜，从这个角度来说，45度型的比直视型的要好，因为只使用了一块棱镜，光线损失更小，理论上来说应该更亮一点，但实际观察中恐怕很难看得出来，因为各种增透膜的使用，大大的减少了各种界面中反射造成的光线损失。
图9
45度全正像天顶镜
二、阿贝棱镜
阿贝棱镜我未见过实物，就见过蔡司FL望远镜的那个内部结构图，阿贝棱镜的结构和施密特别汉棱镜有所不同。阿贝棱镜的光路图是这样的，如图10，图中黄色的是辅助棱镜，蓝色的是屋脊棱镜。从图可以看出，上下的光线也被交换了，但和别汉棱镜不同的是，光轴发生了位移，而不像别汉镜仍然在一条直线上，至于光线左右交换的道理和别汉镜一样，故不再说明。
图10
蔡司FL望远镜内部结构图
再来说说两种棱镜系统的优劣：从图10可以看出，阿贝棱镜中光线反射的次数明显比施密特别汉镜要少，那是不是阿贝棱镜的光线损失比施密特别汉镜少呢？从理论上来说，全反射的反射率是100%，不会造成光线的损失，但实际上，棱镜的表面不可能一尘不染，所以全反射未必能真正做到100%的反射，所以，反射次数少的阿贝棱镜应该比别汉镜的光线损失小。而且，阿贝棱镜系统中所有的反射都是全反射，而别汉镜有一个面是镜面反射，镜面反射不可能达到100%，所以，阿贝棱镜的望远镜在亮度上应该有点优势。当然，由于新技术的开发应用，比如像施华洛世奇的SWAROBRIGHT干扰镜， 能够使镜面反射的反射率达到99.5%，远远超过了银膜和铝膜的反射率，非常接近于全反射了，所以，像这样制造精良的施密特别汉棱镜，在亮度和阿贝棱镜的差距恐怕也非常小了。
但阿贝棱镜也有它的不足，从图就可以看出，它所占的空间比较大，不如别汉镜紧凑，同样规格的镜子，如果使用阿贝棱镜的话，体积可能比使用别汉镜的要大一些，所以袖珍双筒都是使用的施密特别汉棱镜。
阿贝棱镜还有一个特点，就是不像别汉镜那样进出光束的光轴不变，而是稍稍有点位移，当然远远没有保罗镜那么大，所以，你看蔡司FL的镜子（42口径以上的），物镜和目镜并不在一条直线上，而是物镜稍稍偏外一点，这对小镜子来说不好，因为体积会增加；但对大镜子来说，兴许还是个优点，因为这样就可以使用口径更大一点的物镜，而不用担心瞳距太宽。
貌似只有蔡司在使用阿贝棱镜，其他厂家都是用的施密特别汉棱镜，不知是何缘故？
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对部分图片进行了修改。
