五角稜鏡

五角稜鏡的特性是光線由90°角的任一面垂直入射，然後經其45°角的兩個面反射，從90°角的另一面出射，入射光線和出射光線等於90°角，這樣應用五角稜鏡可把光軸轉過90°。最近以來，利用五角稜鏡的這個特性進行大平面的平面性測量 ^[1]  ，即把五角稜鏡繞水平軸作旋轉時出射光線在垂直面內掃出一個平面，反之繞垂直軸旋轉，可測定水平面內的平面性，當採用激光作光源時，由於激光射程遠，便可以掃出一個很大的平面，這對於用作房屋建設、大工程建設中的平面性測量顯然是簡單方便而又精度高的，因此五角稜鏡的需要愈來愈多。

五角稜鏡無法實現根據臨界角原理的內部全反射。因此，此稜鏡的兩個反射面一般被鍍上鋁膜，並塗了黑漆，其入射面和出射面鍍了MgF2 單層防反射膜，如圖1所示。

圖2為五角稜鏡的平面示意圖。

五角稜鏡的使用角的精度與90°角和45°角有關，也和稜鏡的材料有關。五角稜鏡中的角誤差與光線一致的稱為第一平行差，而與光軸垂直的稱為第二平行差(即塔差)。第一平行差的誤差為式1，第二平行差的誤差為式2。

n為玻璃折射率。

當研究上述誤差式時，由於第一平行差更為重要，因此研討下列幾個問題：

（1）在第一平行差中45°角前有2n係數，可見加工時45°角的誤差影響較大，為此一般設法把45°角加工準確；

（2）式中90°角和45°角組成相減項，這顯然希望加工時45°角和90°角的誤差值符號相同，以便使其相互補償，從而使

的誤差值變小，如果兩者誤差異號，則

誤差將會增加；

（3）由於其誤差形式與n有關，因此還需注意玻璃的折射率n的變化數值：例如當n=1.5時，誤差式為

由於n的變化，對90°角與45°角的影響為1:6的影響，這對於挑選玻璃一致性時要特別注意，即一定要挑選折射率的變化小的優質玻璃。

從光路中，很明顯看到45°角的角度需認真控制，以便達到角度精度要求。同時採用修磨90°角的一出射面以確保第一平行差，且使入射光與出射光的90°角的精度達到高精度的要求。在這裏需注意兩個問題：

（1）成條加工時的注意問題：尺寸較小的五角稜鏡加工時，往往成條加工出，然後進行切割。因此在選擇材料時，需要特別注意整條玻璃折射率的一致性，不然由於n的變化會使有些稜鏡精度不合格；

（2）一般加工時往往較注意45°角的精度，但對光束波陣面要求高的稜鏡，如對45°角面的平面性加工不夠注意時，那麼出射光束的波陣面檢查就不合格，這時即使返修出射面也不能達到要求，因此加工45°角兩平面時，角度與平面性皆應注意。

（1）測試系統

五角稜鏡的工作角，即入射光和出射光的夾角，由於<90°角與<45°角之間有6倍左右的關係，為此當角度的相互關係處理好時，五角稜鏡的工作角往往可以達到較好的精度。但是由於五角稜鏡中光線的光路很長，為此當五角稜鏡尺寸較大時，對摺射率的一致性要求很高，同時由於光束經多個面透射、反射、出射，因此每個面的平面度與光潔度皆對最後的波特面有影響。綜合而言，對於五角稜鏡的要求還是相當高的。對工作角的測試系統可見圖3。

在多齒分變器上裝反光鏡，如圖3（a），圖3（b）情況下進行第一次讀數，圖3（c）中多齒分變器轉180°再進行讀數，當把圖3（b）情況下讀數與圖3（c）情況下讀數相加除2，即是要求的數據，顯然這樣測試是為了消除五角稜鏡90°角的偏心，從而得到真正的90°角的誤差值。

（2）數據

在該測試系統中，可以測出三種角誤差:入射光和出射光之間的90°角的誤差，其讀數值來之於反射鏡，從而可在光電平行光管上讀數，即五角稜鏡工作角的誤差;從五角稜鏡的出射面反射回來的光束，在回到光電平行光管，這時可以讀出第一平行差

和第二平行差

，由於反射回來的光線較弱，故此其反射像也不象反射鏡反射的像那樣明亮，從而也區別了兩者的不同 ^[2]  。