【新知随记】三棱镜在二次元测量中的使用
第一次听说二次元测量可以使用三棱镜辅助测量（二次元量测仪+三棱镜量侧边铣孔尺寸），查询了一下确实有这样的测量方案颇感新奇。
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棱镜的原理
光从一个介质移动到另一个介质时（例如，从空气到玻璃的棱镜），速度会改变。结果是，光的路径被弯曲，并且部分光被反射。光柱在接口所做的角度改变和反射的比率由两个介质相互的折射率来决定。多数介质的折射率与光的波长或光的颜色有关，当由棱镜表面折射时，由于色散作用导致不同程度的颜色分离。
艾萨克·牛顿是第一个注意到棱镜将无色的光分裂出颜色的科学家。牛顿安置了第二个棱镜让分裂出颜色后的光线穿过，但是光的颜色不会再改变，因此他认为棱镜能分离颜色。他也利用透镜和第二个棱镜将彩虹重组成白光。这个实验在科学革命期间成为新科学方法很有名的一个例子。这个实验的结果显然改变了形而上学，导致约翰·洛克primary vs secondary quality distinction的崛起。
有时仅利用棱镜的表面反射而不是色散，如果在棱镜内部的光线抵达表面时的角度是陡峭的，便会产生全反射，所有的光线都会被反射回内部。这使棱镜在一些需要的情况下可以取代镜子的作用。
棱镜有很多种类型，包括色散棱镜(适用于分解光线的组成，让光呈现原来光谱的颜色。因为折射率与光的频率有关，混合著各种频率的白光进入棱镜时，不同频率受到了不同程度的偏折。蓝色光的减速比红光多，因此偏折的也比红光多。三棱镜是其中之一。)、反射棱镜(用于反射光线，例如双筒望远镜。)、偏光棱镜(能将光线分解，产生不同的偏光。传统上，这种棱镜的材料都是双折射的晶体制成的。)等等。
理论：光线与折射
了解棱镜如何工作是决定哪种类型的棱镜最适合某个特定应用的关键。为此，重要的是首先了解光与光学表面的相互作用。这种相互作用可通过斯涅尔的折射定律说明：
(1)n1sin(θ1)=n2sin(θ2)n1sin(θ1)=n2sin(θ2)
其中n1是入射媒介的指数，θ1是入射光线的角度，n2是折射/反射媒介的指数，以及θ2是折射/反射光线的角度。斯涅尔定律说明当光线经过多个媒介时，入射角和投射角之间的关系（图3）。
图： 斯涅尔定律和内部全反射理论
棱镜的显著能力是不需要特殊镀膜即可反射光线路径，例如在使用反射镜时则需要使用这些镀膜。此功能通过一种称为全部内反射(TIR)的现象来实现。TIR在入射角（从正常测量的入射光线角度）大于临界角θc时发生：
(2)sin(θc)=n1n2sin(θc)=n1n2
其中n1是光线产生时媒介的折射率，n2是光线出射时媒介的折射率。重要的是，需要知道TIR只有当光从高指数媒介传输到低指数媒介时发生。
在临界角，折射角等于90°。参考图，将发现TIR只在当θ超出临界角时发生。根据斯涅尔定律，如果该角度在临界角之下，则透射将连同反射一起发生。如果棱镜面不符合所需角度的TIR规格，则必须使用反射镀膜。这就是为什么有些应用需要镀膜版本的棱镜，在其他应用中可以无需镀膜即可良好工作的原因。
三棱镜使用原理
三棱镜是光学棱镜中的一种形式，在外观上呈现几何的三角形，是光学棱镜中最常见，也是一般人所熟知的，但并不是最常用到的棱镜。三棱镜最常用于光线的色散，这是将光线分解成为不同的光谱成分。利用不同波长的光线因为折射率不同，在折射时会偏转不同的角度，便会造成色散的现象。这种效应也被用来对棱镜物质进行高精密度的折射系数测量。
图： 三棱镜和被色散的光线
物质的折射系数固然在不同的波长会有所不同，但有些物质的折射系数对波长的变化比其他物质强烈（色散非常明显）。棱镜的顶角（在上图中，上面的角）能够影响到棱镜色散时的特性。通常，要适当的选择光线射入的角度和射出的角度，当角度接近布儒斯特角（Brewster angle）时，在折射时造成的损耗最小。
一束白光会分出不同颜色，一般就分为七种颜色，即红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫。
图： 透过棱镜看见的灯
利用临界角特性，高效地内部全反射入射光是直角棱镜的基本功能之一。直角棱镜使用时，通常镀一些光学膜。
直角棱镜本身有较大的接触面积以及有45°、90°这样典型的角度，所以和普通的反射镜相比，直角棱镜更容易安装，对机械应力具有更好的稳定性和强度。
各种角度的棱镜是各类装置和仪器用光学件的最佳选择。
图： 内反射与外反射
虽然直角棱镜斜面对45°入射光而言满足全反射条件，但对于偏离垂直入射的光束，其反射率会受到较大的影响，对较大角度入射的应用，建议采用镀铝膜棱镜；
三棱镜适用行业广泛
辅助二次元影像测量仪测量产品端面尺寸用于二次元影像仪测量产品90度侧面尺寸，棱镜夹角度是90度，表面镀高反射镀层能很好的把产品侧面的结构反射到另一个平面进行尺寸的测量，从而解决了之前测量产品侧面无法找到基准的问题，也不用在破坏产品进行测量。
图： 三棱镜折射图
图： 三棱镜应用图示
三棱镜常规使用种类
三棱镜，四棱镜是在常规使用数量最多的方案；
图： 各种棱镜
三棱镜
三棱镜见图示；
图： 三棱镜
四棱镜
四棱镜分为胶合款和带底座两种，胶合四棱镜是由两个三棱镜胶合而成 (一个为镀膜棱镜，一个为不镀膜棱镜)，带底座的是一个直角外反射三楼镜和底座装配形成。两款都可以进行反射测量。
图： 胶合四棱镜
图： 底座支架四棱镜
总结
- 三棱镜能满足测量检测精度要求，可以对侧孔尺寸的有效测量；
- 三棱镜单个组合就可以适配通用多种产品，高效快捷，作为测量检测辅助治具可以批量应用在检测领域；