ch平面與平面系統(tǒng)實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ch平面與平面系統(tǒng)實(shí)用2§3.1平面鏡成像一、平面鏡成像1.平面鏡的成像性質(zhì)：

l'=－l，β=1平面鏡是唯一能成完善像的光學(xué)零件。對(duì)稱(chēng)性：使物像不一致，使原來(lái)的右手坐標(biāo)系變?yōu)樽笫肿鴺?biāo)系，形成鏡像。結(jié)論：1）奇數(shù)次反射，成鏡像；偶數(shù)次反射，物像一致。2）當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，像沿相反的方向旋轉(zhuǎn)相同的角度。

平面成像

平面的鏡像第1頁(yè)/共23頁(yè)31.平面鏡的旋轉(zhuǎn)當(dāng)入射光線方向不變，使平面鏡旋轉(zhuǎn)α角時(shí)，反射光線的方向改變2α角。如圖所示：

應(yīng)用：測(cè)量微小角度和位移。如光學(xué)杠桿原理。第2頁(yè)/共23頁(yè)4光學(xué)杠桿原理：由上式可知，這種基于光學(xué)杠桿原理的裝置可以測(cè)量微小的位移。第3頁(yè)/共23頁(yè)5二、雙面鏡成像出射光線和入射光線的夾角與入射角無(wú)關(guān)，只取決于雙面鏡的夾角α角。作用：折轉(zhuǎn)光路，只需調(diào)整好雙面鏡的夾角，對(duì)雙面鏡的安裝精度要求不高。第4頁(yè)/共23頁(yè)6§3.2平行平板成像一、平行平板的成像特性

第5頁(yè)/共23頁(yè)7

結(jié)論：

1）出射光線與入射光線平行，即經(jīng)平行平板后光線的方向不變；

2）平行平板是個(gè)無(wú)光焦度元件，不會(huì)產(chǎn)生物體的放大和縮小，對(duì)系統(tǒng)光焦度無(wú)貢獻(xiàn)；

3）光線經(jīng)過(guò)平行平板后，會(huì)產(chǎn)生側(cè)向位移和軸向位移。上式表明：軸向位移ΔL'隨入射角I1不同而不同，即軸上發(fā)出的不同孔徑的光線經(jīng)平行平板后與光軸的交點(diǎn)不同。即平行平板不能成完善像。第6頁(yè)/共23頁(yè)8

二、平行平板的等效光學(xué)系統(tǒng)

1.近軸細(xì)光束成像

近軸區(qū)的軸向位移為：Δl'=d(1-1/n)

所以，近軸區(qū)光線的軸向位移與入射角無(wú)關(guān)，成完善像。

2.應(yīng)用：

在光學(xué)系統(tǒng)中，常把平行平板等效為空氣平板。第7頁(yè)/共23頁(yè)9§3.3反射棱鏡一、概述

1.反射棱鏡：

將一個(gè)或多個(gè)反射面磨制在同一塊玻璃上的光學(xué)元件。

2.作用：

折轉(zhuǎn)光路、轉(zhuǎn)像、倒像、掃描等

3.術(shù)語(yǔ)：主截面、工作面、棱、光軸、入射面和出射面

4.特點(diǎn)：反射裝配困難、反射面易腐蝕、反射鏡組合困難。

反射棱鏡無(wú)上述缺點(diǎn)。

第8頁(yè)/共23頁(yè)10二、反射棱鏡的類(lèi)型反射棱鏡種類(lèi)繁多，大體上可分為：簡(jiǎn)單棱鏡、屋脊棱鏡、立方角錐棱鏡和復(fù)合棱鏡。1.簡(jiǎn)單棱鏡

簡(jiǎn)單棱鏡只有一個(gè)主截面，所有工作面都與主截面垂直。根據(jù)反射次數(shù)，又可分為：一次反射棱鏡、二次反射棱鏡、三次反射棱鏡。一次反射棱鏡二次反射棱鏡第9頁(yè)/共23頁(yè)112.屋脊棱鏡用兩個(gè)互相垂直的反射面代替直角棱鏡的一個(gè)反射面，形成屋脊棱鏡。從而使反射次數(shù)為偶數(shù)，物像的坐標(biāo)系一致。屋脊棱鏡的成像第10頁(yè)/共23頁(yè)123.立方角錐棱鏡立方體切下一個(gè)角形成。光線以任意方向入射，經(jīng)三個(gè)直角面反射后，出射光線始終與入射光線平行；當(dāng)棱鏡繞其頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，出射光線方向不變，僅產(chǎn)生一個(gè)位移。主要用于激光測(cè)距。立方角錐棱鏡第11頁(yè)/共23頁(yè)134.復(fù)合棱鏡由兩個(gè)以上的棱鏡組合形成復(fù)合棱鏡。它可以實(shí)現(xiàn)特殊的功能。常見(jiàn)的有：分光棱鏡、分色棱鏡、轉(zhuǎn)像棱鏡和雙像棱鏡（用于目鏡）。分光棱鏡分色棱鏡第12頁(yè)/共23頁(yè)14轉(zhuǎn)像棱鏡的成像雙像棱鏡的成像第13頁(yè)/共23頁(yè)15三、棱鏡系統(tǒng)成像方向的判斷判斷原則：

（1）O'Z'坐標(biāo)軸和光軸的出射方向一致。（2）垂直于主截面的O'Y'坐標(biāo)軸方向視屋脊面?zhèn)€數(shù)而定：若為偶數(shù)，則O'Y'與OY同向；若為奇數(shù)，則O'Y'與OY反向。

（3）平行于主截面的O'X'坐標(biāo)軸方向視反射面的個(gè)數(shù)而定：若反射面?zhèn)€數(shù)為偶數(shù)，X'Y'Z'為右手坐標(biāo)系；若反射面?zhèn)€數(shù)為奇數(shù)，X'Y'Z'為左手坐標(biāo)系。第14頁(yè)/共23頁(yè)16三、反射棱鏡的等效作用與展開(kāi)反射棱鏡是由兩個(gè)折射面和若干個(gè)反射面組成。作用：相當(dāng)于平面鏡＋平行平板用途：折轉(zhuǎn)光路、轉(zhuǎn)像、倒像等例如：反射棱鏡用于成像系統(tǒng)時(shí)的等效光路。反射棱鏡展開(kāi)的等效光路第15頁(yè)/共23頁(yè)17§3.4折射棱鏡折射棱鏡由兩個(gè)折射表面對(duì)光線進(jìn)行折射而進(jìn)行工作的。兩折射面的交線稱(chēng)為折射棱；其夾角稱(chēng)為折射角；垂直于折射棱的平面稱(chēng)為主截面。ABCDnαI1I2'I1'I2折射棱鏡第16頁(yè)/共23頁(yè)18一、折射棱鏡的偏轉(zhuǎn)折射棱鏡的兩個(gè)工作面不同軸，故不能把這種棱鏡看作平行平板。入射光線AB與出射光線CD的夾角，稱(chēng)為偏向角。偏向角的計(jì)算公式為：由上式可知：偏向角的大小與I1、α、n有關(guān)。最小偏向角滿(mǎn)足的條件：I1

=－I2'，I1=－I2'

應(yīng)用：常用最小偏向角測(cè)量介質(zhì)折射率。第17頁(yè)/共23頁(yè)19二、光楔及其應(yīng)用折射角很小的棱鏡，稱(chēng)為光楔。此時(shí)，它的偏向角公式可近似為：δ＝α（n-1）即，光線垂直入射時(shí)，δ僅由折射角α和折射率n決定。用途：把兩塊相同的光楔組合在一起，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，可產(chǎn)生不同的偏向角。在光學(xué)系統(tǒng)中，補(bǔ)償和測(cè)量小角度偏差。

δ＝2α（n-1）cosφ

第18頁(yè)/共23頁(yè)20三、棱鏡的色散色散：白光經(jīng)過(guò)棱鏡后被分解為各種色光的現(xiàn)象。通常，波長(zhǎng)長(zhǎng)的紅光折射率低，波長(zhǎng)短的紫光折射率高，因此，紅光的偏向角小，紫光的偏向角大。白光光譜：按波長(zhǎng)長(zhǎng)短順序排列的光譜。雙光楔旋轉(zhuǎn)測(cè)微第19頁(yè)/共23頁(yè)21白光光譜的獲得第20頁(yè)/共23頁(yè)22§3.5光學(xué)材料一、對(duì)光學(xué)材料的要求：

折射材料對(duì)工作波段有良好的透過(guò)率；反射材料對(duì)工作波段有很高的反射率。二、光學(xué)材料的種類(lèi)：

主要有三大類(lèi)：光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體和光學(xué)塑料。

1.光學(xué)玻璃：

光學(xué)玻璃是由硅、磷、鉛、鉀、砷、鋁等多種氧化物經(jīng)高溫熔融成鹽熔液體，再經(jīng)過(guò)冷所得到的各向同性的無(wú)定形物體。

1）特性：最常用的光學(xué)材料，制造工藝成熟、品種齊全，可透過(guò)0.35~2.5微米的各色光，超出這一波段的光會(huì)被玻璃強(qiáng)烈吸收。第21頁(yè)/共23頁(yè)23

2）特征參數(shù)：

平均折射率、阿貝常數(shù)、部分色散、相對(duì)色散等。

3）分類(lèi)：

a)冕牌玻璃K(PbO<3%)：折射率低nD＝1.50~1.55，色散小、性硬、質(zhì)輕、透明度號(hào)。

b)冕牌玻璃K(PbO>3%)：折射率高nD＝1.53~1.85，色散大、性軟、質(zhì)重、帶黃綠色。

4）