應(yīng)用光學(xué)第四章

1、第四章 平面系統(tǒng)4.1 平面鏡平面鏡4.2 反射棱鏡反射棱鏡4.3 平行平面板平行平面板4.4 折射棱鏡和光楔折射棱鏡和光楔 改變共軸系統(tǒng)的光軸方向（減少體積和減輕重量）改變共軸系統(tǒng)的光軸方向（減少體積和減輕重量） 改變像的方向改變像的方向 利用平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)作用擴(kuò)大儀器的放大率利用平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)作用擴(kuò)大儀器的放大率 改變觀察方向擴(kuò)大儀器的觀測范圍改變觀察方向擴(kuò)大儀器的觀測范圍 實(shí)現(xiàn)分光、合像和微位移實(shí)現(xiàn)分光、合像和微位移平面鏡棱鏡在光學(xué)系統(tǒng)中的作用：平面鏡棱鏡在光學(xué)系統(tǒng)中的作用：平面鏡用于轉(zhuǎn)折光路平面鏡用于轉(zhuǎn)折光路棱鏡用于轉(zhuǎn)像棱鏡用于轉(zhuǎn)像潛望鏡中的反射棱鏡潛望鏡中的反射棱鏡分光和分色棱鏡分光和分色棱

2、鏡改變光軸方向,便于觀察和縮小儀器體積分光、分色4.1 平面鏡平面鏡 單平面鏡的成像特性單平面鏡的成像特性 雙平面鏡的成像特性雙平面鏡的成像特性4.1.1 單平面鏡的成像特性單平面鏡的成像特性可用反射定律說明。可用反射定律說明。也可用球面鏡物象公式計(jì)算：也可用球面鏡物象公式計(jì)算：平面鏡成鏡像奇次反射：物象方向（坐標(biāo)）不一致，成鏡像奇次反射：物象方向（坐標(biāo)）不一致，成鏡像偶次反射：物象方向（坐標(biāo)）一致，成相似像偶次反射：物象方向（坐標(biāo)）一致，成相似像POOOPNM12xO1zxzyyOO2雙面鏡成像特性 像點(diǎn)的位置像點(diǎn)的位置 反射像均位于以雙面鏡的相交軸線O為圓心、以O(shè)A為半徑的圓周上。兩次成像

3、后的像點(diǎn)位置是以O(shè)A為始邊，按反射順序的方向旋轉(zhuǎn)2圓周處。 出射光線的方向出射光線的方向 出射光線相對于入射光線的偏轉(zhuǎn)出射光線相對于入射光線的偏轉(zhuǎn)2 ，與入射角無關(guān)，與入射角無關(guān)，只取決于雙面鏡之間的夾角只取決于雙面鏡之間的夾角。 (3)兩次反射成一致像兩次反射成一致像13 4.2 反射棱鏡一、反射棱鏡的構(gòu)成二、反射棱鏡的分類三、反射棱鏡的成像方向（）四、反射棱鏡的展開4.2.1反射棱鏡的構(gòu)成 形狀：形狀：將多個(gè)反射面做在同一塊玻璃上的光學(xué)元件 棱鏡的工作面棱鏡的工作面：指光線與之相交的面,入射面,出射面,反射面； 棱鏡的光軸棱鏡的光軸：指光學(xué)系統(tǒng)的光軸在棱鏡內(nèi)部所成的折線； 棱棱：指工作面之

4、間的交線； 主截面主截面：指垂直于棱的平面 ,包含光軸的主截面又稱為光軸截面.16 一、基本定義一、基本定義17 一、基本定義一、基本定義4.2.2反射棱鏡的類型反射棱鏡的類型y z O x Ozxy 簡單棱鏡簡單棱鏡 屋脊棱鏡屋脊棱鏡 復(fù)合棱鏡復(fù)合棱鏡只含有一個(gè)主截面的棱鏡為只含有一個(gè)主截面的棱鏡為簡單棱鏡簡單棱鏡。 反射面被兩個(gè)互相垂直的反射面取代的棱鏡反射面被兩個(gè)互相垂直的反射面取代的棱鏡稱作稱作屋脊棱鏡屋脊棱鏡 復(fù)合棱鏡復(fù)合棱鏡是將多個(gè)簡單棱鏡（或屋脊棱鏡）組是將多個(gè)簡單棱鏡（或屋脊棱鏡）組合在一起使用的棱鏡組合在一起使用的棱鏡組 4.2.3棱鏡系統(tǒng)成像的物象坐標(biāo)變化棱鏡系統(tǒng)成像的物象

5、坐標(biāo)變化 注意注意 透鏡系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)不改變坐標(biāo)系的旋向，無論虛實(shí)正倒，不改變坐標(biāo)系的旋向，無論虛實(shí)正倒，坐標(biāo)的坐標(biāo)的手系均不變手系均不變； 任何情況下，維持延光軸的坐標(biāo)軸（任何情況下，維持延光軸的坐標(biāo)軸（Z軸）方向軸）方向不變，但不變，但透鏡對物體成倒像時(shí)透鏡對物體成倒像時(shí)像面上的兩個(gè)垂直像面上的兩個(gè)垂直于于光軸的坐標(biāo)軸（光軸的坐標(biāo)軸（X,Y）軸同時(shí)反向。）軸同時(shí)反向。【例題4-1】oxyzz1x1y1123z2x2y2z3x3y3左左左左右右左左單反取景器：作用作用 “拉直拉直”的光軸相當(dāng)于經(jīng)過一個(gè)平行平面板的光軸相當(dāng)于經(jīng)過一個(gè)平行平面板 4.2.4反射棱鏡的等效作用與展開反射棱鏡的等效作用

6、與展開 方法方法 將棱鏡展開來計(jì)算，展開的過程就是光軸經(jīng)將棱鏡展開來計(jì)算，展開的過程就是光軸經(jīng)反射面逐次成鏡像的過程。反射面逐次成鏡像的過程。結(jié)構(gòu)常數(shù)結(jié)構(gòu)常數(shù) K=L/D L：展開后的平板厚度；：展開后的平板厚度；D：通光口徑：通光口徑 不同不同K值對應(yīng)不同的棱鏡結(jié)構(gòu)形式。值對應(yīng)不同的棱鏡結(jié)構(gòu)形式。 棱鏡的展開長度不僅取決于棱鏡形式，還與棱鏡通棱鏡的展開長度不僅取決于棱鏡形式，還與棱鏡通光口徑有關(guān)。光口徑有關(guān)。4.3 平行平板平行平板一、平行平板的成像特性 二、平行平板對光線位移的計(jì)算 三、平行平板的等效空氣層 四、共軸球面系統(tǒng)和平面棱鏡系統(tǒng)的組合 平行平板 光學(xué)儀器中常用光學(xué)儀器中常用“由兩

7、個(gè)平行的光學(xué)平面構(gòu)由兩個(gè)平行的光學(xué)平面構(gòu)成的成的”元件，稱為元件，稱為平行平板平行平板或者相當(dāng)于平行平板或者相當(dāng)于平行平板的光學(xué)元件。的光學(xué)元件。 如保護(hù)玻璃、分劃板、濾色片、棱鏡等如保護(hù)玻璃、分劃板、濾色片、棱鏡等4.3.1平行平板的成像特性平行平板是一個(gè)無焦元件，在光學(xué)系統(tǒng)中對光焦度無貢獻(xiàn)。平行平板是一個(gè)無焦元件，在光學(xué)系統(tǒng)中對光焦度無貢獻(xiàn)。物體經(jīng)平板成等大正立像，物象始終位于平板同側(cè)，虛實(shí)相物體經(jīng)平板成等大正立像，物象始終位于平板同側(cè)，虛實(shí)相反。反。LA2(A )1d12LL22U11UUL1LA12An n n211O1I1n 1DG1I2IO2En 12F2I4.3.2平行平板對光線

8、位移的計(jì)算LA2(A )1d12LL22U11UUL1LA12An n n211O1I1n 1DG1I2IO2En 12F2I)1 ()1 (1111tgItgIdtgUtgUdL)11 (ndl（1） 平行平板對象點(diǎn)產(chǎn)生的軸向位移 indt)11 (【例題例題 4-2】 一架顯微鏡已經(jīng)對目標(biāo)物調(diào)整好物距進(jìn)行觀察?，F(xiàn)將一塊厚為7.5MM，折射率為1.5的平板玻璃壓在物體上，如何調(diào)整顯微鏡？mmndl5 . 25 . 1115 . 7)11 (顯微鏡需要往上抬高（圖中向右）2.5mm等效空氣層的概念（等效空氣層的概念（H與與G點(diǎn)出射等效點(diǎn)出射等效） CEABPQLddFDAlGHAndldd圖4

9、.3.3 平行平板的等效空氣層13121112tgudtgudtgudhhu1d1dd23dhu112h131113112)()(tgudnddhtgudddhh等效空氣層的作用等效空氣層的作用補(bǔ)充例題補(bǔ)充例題1 為了正像的需要，在物鏡與像面之間加入反射棱鏡，計(jì)為了正像的需要，在物鏡與像面之間加入反射棱鏡，計(jì)算時(shí)常將反射棱鏡作為平行平板處理。如圖，已知物鏡算時(shí)常將反射棱鏡作為平行平板處理。如圖，已知物鏡的像距為的像距為 ，棱鏡出射面到像面的距，棱鏡出射面到像面的距離離 ，像面直徑，像面直徑 ，物鏡直，物鏡直徑徑 ，反射棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù)，反射棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù) ，折射，折射率率 ，試求反射棱鏡入射面的

10、通光口徑及該面到物，試求反射棱鏡入射面的通光口徑及該面到物鏡之間的距離。鏡之間的距離。 mml240mmd403mmy142mmD3611K5 . 1n解題思路：解題思路： 第一步第一步 作光路圖作光路圖 第二步第二步 根據(jù)光路建立幾何關(guān)系，由條件，棱鏡的結(jié)構(gòu)根據(jù)光路建立幾何關(guān)系，由條件，棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù)為常數(shù)為1 1，表明口徑與厚度相等。，表明口徑與厚度相等。 確定極值光線的入（出）射方向及高度，從而確定棱確定極值光線的入（出）射方向及高度，從而確定棱鏡的通光口徑。鏡的通光口徑。 確定平行平板對象點(diǎn)的位移，確定像面的位置變化確定平行平板對象點(diǎn)的位移，確定像面的位置變化解：棱鏡常數(shù)解：棱鏡常數(shù)K

11、=L/D=1，用等效空氣層代替，有：，用等效空氣層代替，有： K空氣空氣=（L/n）/D=1/n，有：有：1/K空氣空氣=n=1.5 確定幾個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)：確定幾個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)：O(0,0), A(0,18), F(240,7), O(200,0) 直線直線AF的方程：的方程： 直線直線OD的方程：的方程： 求兩直線交點(diǎn)：求兩直線交點(diǎn)： y=9.42 3624040y=7ODOAyxF d空=L/n=12.56p66 例【4-3】補(bǔ)充例題2 D為20MM物鏡，像距L100MM，像面直徑為10MM，折射率為1.5163五角棱鏡，D214MM，求D1為多少？4040.68例4-3 解：棱鏡后表面和前表面的口徑

12、為tgnDkdyDtgdyD1212222mmDmmDKlyDtg14,18.07414.3,221像點(diǎn)位移為mmndl21.00)11(棱鏡距物鏡距離19.32mm 實(shí)際筒長121mm4.3.4 共軸球面系統(tǒng)和平面棱鏡系統(tǒng)的組合1）共軸球面系統(tǒng)與平面鏡組合：）共軸球面系統(tǒng)與平面鏡組合：2）共軸球面系統(tǒng)與反射棱鏡組合：）共軸球面系統(tǒng)與反射棱鏡組合：4.4 折射棱鏡和光楔折射棱鏡和光楔一、 折射棱鏡折射棱鏡 二、光楔光楔 折射棱鏡：折射棱鏡：光在棱鏡中只有折射沒有反射的棱鏡光在棱鏡中只有折射沒有反射的棱鏡 稱作折射棱鏡稱作折射棱鏡 折射棱鏡的偏轉(zhuǎn)折射棱鏡的偏轉(zhuǎn) 折射棱鏡的色散折射棱鏡的色散 4.4.1 折射棱鏡折射棱鏡 折射棱鏡的對光的偏折折射棱鏡的對光的偏折 （2）折射棱鏡的色散）折射棱鏡的色散 光楔：光楔：頂角很小的折射棱鏡稱作光楔頂角很小的折射棱鏡稱作光楔 4.4.2 光楔光楔 入射光線在兩個(gè)折射面入射光線在兩個(gè)折射面上近乎垂直的入射和出射，上近乎垂直的入射和出射，可用角度弧度值代替正弦值可用角度弧度值代替正弦值，1代替余弦值。代替余弦值。) 1( n光楔偏