应用光学第四章.

第四章平面系统•4.1平面镜•4.2反射棱镜•4.3平行平面板•4.4折射棱镜和光楔•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、合像和微位移平面镜棱镜在光学系统中的作用：平面镜用于转折光路棱镜用于转像潜望镜中的反射棱镜分光和分色棱镜改变光轴方向,便于观察和缩小仪器体积分光、分色4.1平面镜•单平面镜的成像特性•双平面镜的成像特性4.1.1单平面镜的成像特性可用反射定律说明。也可用球面镜物象公式计算：平面镜成镜像奇次反射：物象方向（坐标）不一致，成镜像偶次反射：物象方向（坐标）一致，成相似像P'OOOPNM12xO1zx'z'yy'OO2双面镜成像特性⑴像点的位置反射像均位于以双面镜的相交轴线O为圆心、以OA为半径的圆周上。两次成像后的像点位置是以OA为始边，按反射顺序的方向旋转2α圆周处。⑵出射光线的方向出射光线相对于入射光线的偏转2α，与入射角无关，只取决于双面镜之间的夹角α。(3)两次反射成一致像•13五角棱镜4.2反射棱镜一、反射棱镜的构成二、反射棱镜的分类三、反射棱镜的成像方向（★）四、反射棱镜的展开4.2.1反射棱镜的构成•形状：将多个反射面做在同一块玻璃上的光学元件•棱镜的工作面：指光线与之相交的面,入射面,出射面,反射面；•棱镜的光轴：指光学系统的光轴在棱镜内部所成的折线；•棱：指工作面之间的交线；•主截面：指垂直于棱的平面,包含光轴的主截面又称为光轴截面.•16•一、基本定义光轴光轴截面工作面棱主截面•17•一、基本定义光轴光轴截面入射光轴截面出射光轴截面4.2.2反射棱镜的类型y'z'O'x'Ozxy⑴简单棱镜⑵屋脊棱镜⑶复合棱镜只含有一个主截面的棱镜为简单棱镜。反射面被两个互相垂直的反射面取代的棱镜称作屋脊棱镜复合棱镜是将多个简单棱镜（或屋脊棱镜）组合在一起使用的棱镜组4.2.3棱镜系统成像的物象坐标变化注意•透镜系统不改变坐标系的旋向，无论虚实正倒，坐标的手系均不变；•任何情况下，维持延光轴的坐标轴（Z轴）方向不变，但透镜对物体成倒像时像面上的两个垂直于光轴的坐标轴（X,Y）轴同时反向。【例题4-1】oxyzz1x1y1123z2x2y2z3x3y3左左右左单反取景器：•作用“拉直”的光轴相当于经过一个平行平面板4.2.4反射棱镜的等效作用与展开•方法将棱镜展开来计算，展开的过程就是光轴经反射面逐次成镜像的过程。•结构常数K=L/DL：展开后的平板厚度；D：通光口径不同K值对应不同的棱镜结构形式。棱镜的展开长度不仅取决于棱镜形式，还与棱镜通光口径有关。4.3平行平板一、平行平板的成像特性二、平行平板对光线位移的计算三、平行平板的等效空气层四、共轴球面系统和平面棱镜系统的组合平行平板•光学仪器中常用“由两个平行的光学平面构成的”元件，称为平行平板或者相当于平行平板的光学元件。如保护玻璃、分划板、滤色片、棱镜等4.3.1平行平板的成像特性•平行平板是一个无焦元件，在光学系统中对光焦度无贡献。•物体经平板成等大正立像，物象始终位于平板同侧，虚实相反。L'A'2(A)1d12LL'22U11U'U'L1LA12A'nn'n211O1I1n1DG1I'2IO2En'12F2I'4.3.2平行平板对光线位移的计算L'A'2(A)1d12LL'22U11U'U'L1LA12A'nn'n211O1I1n1DG1I'2IO2En'12F2I')'1()'1('1111tgItgIdtgUtgUdL)11('ndl（1）平行平板对象点产生的轴向位移indt)11('【例题4-2】•一架显微镜已经对目标物调整好物距进行观察。现将一块厚为7.5MM，折射率为1.5的平板玻璃压在物体上，如何调整显微镜？mmndl5.25.1115.7)11('•显微镜需要往上抬高（图中向右）2.5mm等效空气层的概念（H与G点出射等效）CEABPQLddFDAl'GHA'ndldd'图4.3.3平行平板的等效空气层13121112'tgudtgudtgudhhu'1d1dd23dhu112h131113112)()(tgudnddhtgudddhh等效空气层的作用补充例题1•为了正像的需要，在物镜与像面之间加入反射棱镜，计算时常将反射棱镜作为平行平板处理。如图，已知物镜的像距为，棱镜出射面到像面的距离，像面直径，物镜直径，反射棱镜的结构常数，折射率，试求反射棱镜入射面的通光口径及该面到物镜之间的距离。mml240'mmd403mmy14'2mmD3611K5.1n解题思路：第一步作光路图第二步根据光路建立几何关系，由条件，棱镜的结构常数为1，表明口径与厚度相等。确定极值光线的入（出）射方向及高度，从而确定棱镜的通光口径。确定平行平板对象点的位移，确定像面的位置变化解：棱镜常数K=L/D=1，用等效空气层代替，有：K空气=（L/n）/D=1/n，有：1/K空气=n=1.5确定几个点坐标：O(0,0),A(0,18),F(240,7),O’(200,0)直线AF的方程：直线O’D的方程：求两直线交点：y=9.423624040y=7ODO’AyxFd空=L/n=12.56p66例【4-3】补充例题2•D为20MM物镜，像距L’＝100MM，像面直径为10MM，折射率为1.5163五角棱镜，D2＝14MM，求D1为多少？4040.68例4-3•解：棱镜后表面和前表面的口径为tgnDkdyDtgdyD12'12'222mmDmmDKlyDtg14,18.07414.3,221''•像点位移为mmndl21.00)11('•棱镜距物镜距离19.32mm实际筒长121mm4.3.4共轴球面系统和平面棱镜系统的组合1）共轴球面系统与平面镜组合：2）共轴球面系统与反射棱镜组合：4.4折射棱镜和光楔一、折射棱镜二、光楔折射棱镜：光在棱镜中只有折射没有反射的棱镜称作折射棱镜⑴折射棱镜的偏转⑵折射棱镜的色散α4.4.1折射棱镜αδ⑴折射棱镜的对光的偏折（2）折射棱镜的色散光楔：顶角很小的折射棱镜称作光楔4.4.2光楔入射光线在两个折射面上近乎垂直的入射和出射，可用角度弧度值代替正弦值，1代替余弦值。)1(n光楔偏转角：cos)1(2n•角度测微的工作原理大的旋转角度获得微小偏向角度变化的Ly)1(nLLy•移动测微的工作原理大的移动量获得微小移动量变化的Ly本章作业•P784-24-34-44-84-9本章小结•平面镜（完善像）（单面，双面镜）•反射棱镜（坐标系变化）★等效作用•平行平面板（位移计算，等效空气层）（例题计算孔径高度）★•折射棱镜和光楔（公式，应用）