2014工程光学第四章.pptVIP

第四章  平 面 系 统 平面镜棱镜在光学系统中的作用 改变共轴系统的光轴方向（减少体积和减轻重量） 改变像的方向 改变观察方向扩大仪器的观测范围 实现分光、合像和微位移 平面镜棱镜在光学系统中的作用 改变共轴系统的光轴方向（减少体积和减轻重量） 平面镜棱镜在光学系统中的作用 改变观察方向扩大仪器的观测范围 平面镜棱镜在光学系统中的作用 实现分光、合像和微位移 一、单平面镜的成像特性 单平面镜的成像特性 平面镜能使整个空间任意物点理想成像；物点和像点对平面镜而言是对称的； 物和像大小相等，但形状不同； 凡一次镜面反射或奇次 镜面反射像被称为镜像； 平面镜的旋转与平移效应 二、双平面镜的成像特性 1.像点位置 β角与I角的大小无关，只取决于两平面镜夹角的大小θ 当双平面镜绕棱线转动时，只要保持θ角不变，二次反射像是不动的， 即出射光线的方向不变，但光线位置要产生平行位移。 双平面镜成像性质： 二次反射像的位置应在物体绕棱线转动2θ角处，转动方向应是反射面按反射次序。 二次反射像与原物坐标系相同，成一致像。 位于主截面（两平面镜的公共垂直面）内的光线，不论入射光线方向如何，出射光线的转角永远等于两平面镜夹角的两倍。 一、基本定义 屋脊面的作用： 在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，使系统总的反射次数由奇数变成偶数，从而达到物像相似的要求。 复合棱镜 §4-3 平行平面板 由两个相互平行的折射平面构成的光学元件称为平行平面板。 用棱镜来代替平面镜，就相当于在光学系统中多加了一块平行平面板。 如标尺、刻有标志的分划板、补偿板、滤光镜、保护玻璃等等 下面讨论光线经过平行平面板的折射情况 假定平行平面板位于空气中 §4-3 平行平面板 上式表明，ΔL′因不同的I1值不同而不同 即从具有不同入射角的各条光线经平行平面板折射后，具有不同的轴向位移量， 这就说明，同心光束经平行平面板后变为非同心光束，成像是不完善的。 也可以看出平行平面板的厚度d 愈大，成像不完善程度也愈大。 §4-3 平行平面板 如果入射光束孔径很小，即为近轴光束成像，则因I1很小， 可见对于近轴光线而言，其轴向位移只和平行平面板的厚度d及玻璃折射率n有关，而与入射角i无关。 因此，物点以近轴光经平行平面板成像是完善的 如果是在近轴区，可以写为 如果d、n是常数，因此 和 i1 成正比。 经过平行平面板后的出射光线和入射光线在光轴方向上有一位移ΔL′。 例4-3 例4-3 一双目望远镜物镜D=50mm，f’=180mm,像面直径为2y’=16mm，在物镜后加入一折射率n=1.5的普罗棱镜用于光路转折，并要求像面位于棱镜后方d=12mm处，求棱镜的最小尺寸。 棱镜最小尺寸应使边缘光线通过，即求DD’. 普罗棱镜的结构常数为K=L/D=2,L为棱镜展开厚度，D为口径大小，现用等效空气层代替，则结构常数为K空气=L/Dn=2/n,=2/1.5=4/3，则1/ K空气=3/4,连接O’D，其斜率为3/8. 建立直角坐标系，A(0，25), F(180，8），O’(168,0)则AF和DO’分别为： 解得：y=12.2mm，则DD’=24.4mm，即后一个棱镜的最小口径为24.4mm 共轴球面系统与平面棱镜系统组合 对于共轴球面系统与平面镜组合 一.二者组合次序不受限制 二.二者的光轴需重合 三.透镜之间的光轴长度保持不变 对于共轴球面系统和棱镜组合 一.若球面系统光轴与棱镜入射面不垂直，应将该棱镜置于平行光路中 二.必须考虑平板位移效应 三.必须考虑平行平板成不完善像因素，考虑其像差 共轴球面系统与平面棱镜系统组合 共轴球面系统与平面棱镜系统组合 1.折射棱镜的偏向角 1.折射棱镜的偏向角 1.折射棱镜的偏向角 2.折射棱镜的色散 3.光楔 作业： 4-4 (不用画图，直接写出像空间坐标) 4-5 4-8 §4-3 平行平面板 §4.4 折射棱镜和光楔 §4.4 折射棱镜和光楔 §4-2 反射棱镜 例4-1 §4-2 反射棱镜 y x z x y z 练习3.1 棱镜的等效作用与展开 ㈠、等效作用与展开方法 　1.等效作用　反射棱镜有两个折射面和若干反射面，若不考虑反射面，光线在两个折射面之间的行为等效于一个平行平板 §4-2 反射棱镜 平行光经透镜成像于焦点F’上 F′ F? 平行光经透镜成像时加一平面镜 §4-2 反射棱镜 把平面镜换成直角棱镜 A′ §4-2 反射棱镜 光路的等效光路 A′ A? §4-2 反射棱镜