应用光学教学课件 (第四章).ppt
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1、2020/10/24,1,第四章 平面镜棱镜系统,2020/10/24,2,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 利用平面镜转动作用扩大仪器的放大率 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,4-1 平面镜棱镜系统在光学仪器中的应用,2020/10/24,3,一、单平面镜的成像特性,A,P,O,Q,B,A,4-2 平面镜的成像性质,2020/10/24,4,一、单平面镜的成像特性,A,P,Q,A,2020/10/24,5,一、单平面镜的成像特性,P,Q,x,y,z,y,x,z,采用右手坐标法则,O,中指代表Z轴,O,大拇指代表X
2、轴,食指代表Y轴,2020/10/24,6,一、单平面镜的成像特性,平面镜能对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;,2020/10/24,7,二、双平面镜的成像特性,P,P,P1,O1,A,2,O2,q,A,A,1,(A,2,),APA2”= 2,2020/10/24,8,凡一次镜面反射或奇次镜面反射像被称为镜像; 凡二次镜面反射或偶次 镜面反射像被称为一致像,2020/10/24,9,平面镜的旋转与平移效应,P,Q,P,Q,O,A,N,N,A,A,2,AOA”=2POP,4-3 平面镜的旋转及其
3、应用,2020/10/24,10,平面镜的旋转与平移效应,Q,P,A,A,B,A”,h,2h,A A =2h,2020/10/24,11,平面镜旋转特性的应用: 光学比较仪中的光学杠杆,MM为分划板,PP为反射镜,2020/10/24,12,2020/10/24,13,O,2,O1,q,q,b,P,P,P,A,M,N,I,1,I,1,I,2,I,2,90,=2,2020/10/24,14,角与I角的大小无关,只取决于两平面镜夹角的大小 当双平面镜绕棱线转动时,只要保持角不变,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。,2020/10/24,15,双平面镜具有以下成像
4、性质:,二次反射像的位置应在物体绕棱线(P点)转动2角处,转动方向应是反射面按反射次序,由P1转到P2的方向。 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。,2020/10/24,16,五角棱镜,2020/10/24,17,4-4 棱镜和棱镜的展开,主要讲述把多个反射面集成在同一块光学材料上的情况,反射棱镜:把多个反射面作在同一块光学材料(如玻璃)上的光学零件。 注:光线在棱镜反射面上的入射角大于临界角时,在反射面发生全反射,不镀膜,2020/10/24,18,一、基本定义,B,A,C,光轴
5、:光学系统的光轴在棱镜中的部分,ABC-棱镜光轴,光轴长度:棱镜光轴的几何长度;,AB+BC= 棱镜光轴长度,2020/10/24,19,一、基本定义,光轴,光轴截面,工作面 棱 主截面,2020/10/24,20,一、基本定义,光轴,光轴截面,入射光轴截面,出射光轴截面,2020/10/24,21,二、棱镜的等效作用与展开,、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,2020/10/24,22,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,2020/10/24,23,把平面镜换成直角棱镜
6、,A,2020/10/24,24,对于这种光路的等效光路,A,A,2020/10/24,25,把棱镜的光轴截面沿着它的反射面展开,取消棱镜的反射,以平行玻璃板的折射代替棱镜折射的方法称为“棱镜的展开”,2.棱镜的展开,2020/10/24,26,(1).为了使棱镜和共轴球面系统组合后,仍能保持共轴球面系统的特性,必须对棱镜的结构提出一定的要求:,a棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平行。,b如果棱镜位于会聚光束中,则光轴必须和棱镜的入射及出射表面相垂直。,2020/10/24,27,(2).展开方法利用棱镜反射面的性质,将转折的光路拉直。,即:按入射光线的顺序,以反射面为镜面,求其对称像,并依次画
7、出反射棱镜的展开图。,2020/10/24,28,2020/10/24,29,2020/10/24,30,平行平板的厚度就是反射棱镜的展开长度或称光轴长度(L)。,展开后应先找到棱镜限制光束的位置,再求尺寸,即棱镜通光光束的口径(D)。,L,2020/10/24,31,光路计算中,棱镜等效平行平板的厚度L为棱镜光轴长度,设棱镜的通光光束口径为D,则,k 取决于棱镜的结构形式,与棱镜的大小无关,称为棱镜的结构参数。,2020/10/24,32,(二)、几种典型棱镜的展开,2020/10/24,33,1.直角棱镜展开,一次反射时 L棱镜的光轴长度, D入射光束口径,L=D,k=1,2020/10/
8、24,34,二次反射时, L棱镜的光轴长度,D 入射光束口径,L,D,L=2D,K=2,2020/10/24,35,2.道威棱镜展开,必须注意,这类棱镜因为光轴不垂直于棱镜面入射,故只能用在平行光束中,L,D,2020/10/24,36,3.半五角棱镜展开,2020/10/24,37,4.等腰棱镜展开,2020/10/24,38,5.五角棱镜展开,2020/10/24,39,B,A,C,A,B,D,6.斯密特棱镜展开,2020/10/24,40,屋脊棱镜,如果在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下需要得到物体的一致像而又不想增加反射棱镜时,怎么办?,可用交线位于光轴面内的两个相互垂直的反射
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