第三章平面零件成像

第三章平面零件成像第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三§3.1平面鏡一平面鏡成像的球面反射鏡表明物像位于異側成正像

結論：①成完善像，唯一能成完善像的光學元件②正立、大小相等、虛實相反的像，像和物對稱于平面鏡③右手坐標系變成左手坐標系，反演，成鏡像④奇次反射成鏡像偶次反射成一致像

平面反射鏡系統(tǒng)與共軸球面系統(tǒng)組合后，可以改變共軸球面系統(tǒng)的方向，但不影響象的清晰度，不改變象的大小和形狀第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三二平面鏡的旋轉特性若入射光線不動，平面鏡偏轉α角，則反射光線轉過2α角(因為入射角與反射角同時變化了α角該性質可用于測量物體的微小轉角或位移第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三當測桿處于零位時，平面鏡處于垂直于光軸的狀態(tài)M0，此時F1點發(fā)出的光束經物鏡后與光軸平行，再經平面鏡反射原路返回，重被聚焦于F1點。當測桿被被測物體頂推移動x,而使平面鏡繞支點轉過角而處于M1狀態(tài)時，平行光被反射后要相對于光軸轉過2角，并被物鏡聚焦于F2處。第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三三雙面鏡1.對于夾角為α的雙平面鏡系統(tǒng)：α=0時，像有無數個α=π時，單平面鏡，像有一個α為任意角時成像若干個2.研究經兩個反射面各成像一次的情況兩次反射像也是右手坐標系，是與原物一致的像物的位置一定，則像與物的夾角只與雙平面鏡的夾角有關當雙平面鏡轉動時，二次反射像是不會動的第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三3.入射光線與出射光線的夾角當兩面鏡夾角為α時，出射光線和入射光線的夾角為2α當兩平面鏡一起轉動時，出射光線與入射光線的夾角不變，只是光線位置發(fā)生了平移（入射光線方向不變）若兩平面鏡相對移動α角，出射光線方向改變2α。所以在運輸過程中可能造成夾角變化，故往往將二者做成相對不變化，這就是以后要講的反射棱鏡應用：轉折光路五角棱鏡兩反射面的夾角一定則出射光線穩(wěn)定

第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三§3.2平行平板由兩個相互平行的折射平面組成的光學零件，在光學儀器中應用較多。如分劃板、顯微鏡載物臺上的載波片和蓋玻片、濾光片和濾色片、補償平板及保護玻璃片等。反射棱鏡也展開成平板，因此研究平行平板的成像具有重要意義第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三成像特性光線經平行平板后方向不變平板是個無光焦度元件，不會使物體放大或縮小，在系統(tǒng)中對光焦度無貢獻光線經平行平板后，產生側向位移（平行位移）△T和軸向位移△L’F第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三討論：1.ΔL’是I1的函數，成像不完善只有近軸光線I1很小，才滿足理想成像像可以認為是由物體移動一個軸向位移得到2.平行平板所成的像與原物的大小一樣光學系統(tǒng)中加入平行平板后不影響光學系統(tǒng)的特性，只是使像平面后移一段距離Δl’第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三3.等效空氣平板

在光路計算時，可將平行玻璃板簡化為一個等效空氣平板只需計算出無平行玻璃板的像方位置，然后再沿光軸移動一個軸向位移Δl’第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三§3.3反射棱鏡一定義反射棱鏡：有一個或多個平面反射表面磨制在同一塊玻璃上形成的光學元件用途：改變光軸方向，使像倒轉工作面：反射或折射表面棱：工作面之間的交線主截面：與各個棱垂直的截面反射鏡第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三特點：用于改變光的傳播方向能量消耗減少，保證相對位置的穩(wěn)定可靠采用全反射或鍍膜反射棱鏡中，反射面的成像性質和平面鏡相同，成理想像由于在入射、出射面有兩次折射，對成像質量有一定影響第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三二分類一次反射棱鏡二次反射棱鏡三次反射棱鏡棱鏡組合系統(tǒng)第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三等腰直角棱鏡，相當于一個平面鏡。一次反射成鏡像，光軸轉90度一次反射棱鏡O’Z’沿光軸方向垂直于主截面的坐標不改變方向在主截面內的坐標改變方向第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三對物成鏡像，光軸方向不變，當棱鏡繞光軸轉α時，像轉2α

達夫棱鏡：光軸與斜面平行的直角棱鏡第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三周視瞄準鏡用等腰直角棱鏡和達夫棱鏡組成，想一想是怎樣實現周視的？

第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三三次反射棱鏡----施密特棱鏡

光軸轉90度光軸轉180度光軸轉60度光軸平移光軸轉45度成鏡像，光軸轉45度，大大縮小筒長，結構緊湊二次反射棱鏡----相當于雙平面鏡系統(tǒng)

第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三屋脊棱鏡當反射次數為奇數時成鏡像，為獲得一致像，又不再增加反射面，就用兩個相互垂直的反射面代替其中一個反射面，稱為屋脊面，其交線平行于原反射面，且在主截面上它的作用是使與屋脊垂直的坐標單獨改變一次方向，相當于增加一次反射第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三三棱鏡的成像方向判斷基本依據：反射定律對具有單一主截面的系統(tǒng)設物的坐標為oxyz,為右手坐標系，oz光軸方向，ox在主截面內的方向，oy垂直于主截面的方向①o’z’光軸方向按反射定律定出②垂直于主截面的o’y’視屋脊面?zhèn)€數而定，沒有或偶數個，則同向，奇數個，方向③主截面內o’x’視反射系統(tǒng)的反射次數而定，奇數次反射成鏡像，偶數次反射物象一致。具體定時，先將光軸方向定出，然后按是鏡像還是相似像按左右手定出第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三對具有兩相互垂直的主截面系統(tǒng)先求出一個主截面內的，然后再求出另一主截面內的，但要注意，此時坐標所代表的方向（垂直、平行主截面），已發(fā)生變化，要按變化了的求之xzyX’Z’Y’X’’Z’’y’’第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三波羅組合棱鏡，使實像倒轉為正像目鏡物鏡望遠鏡第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三四反射棱鏡的等效作用與展開把反射棱鏡按其對入射光線反射的順序，以反射面為對稱面，一次畫出棱鏡的展開圖，直到光線射出棱鏡的最后一個表面為止第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三棱鏡外形尺寸計算確定入射面通光孔徑D，則L定，也即等效玻璃板厚度平面鏡棱鏡系統(tǒng)和共軸球面系統(tǒng)的組合如果系統(tǒng)中有棱鏡，則相當于除了平面鏡外，在系統(tǒng)中另外加入了一塊平行玻璃板必須考慮平行玻璃板產生的像面位移各透鏡組之間的間隔應等于共軸球面系統(tǒng)的原有間隔加上棱鏡所引起的像平面位移第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三單反究竟是什么呢？

單鏡頭反光照相機，SLR（Single

Lens

Reflex）攝影者可以從取景器中直接觀察到通過鏡頭的影像可以準確地看見膠片即將“看見”的相同影像第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三§3.4折射棱鏡與光楔折射棱鏡定義反射棱鏡——利用表面的反射作用折射棱鏡——利用表面的折射作用，工作面為兩個折射面折射棱——入射面與出射面的交線折射角——頂角α偏向角δ——入射光線與出射光線的夾角從入射光線轉到出射光線，順正逆負αI1-I2I1′-I2′δn第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三一偏向角對于給定的棱鏡，和n為定值，所以由上式可知，偏向角只與I1有關?？梢宰C明，當I1=-I2或I1=-I2

時，其偏向角最小。上式可寫為αI1-I2I1′-I2′δn第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三二最大頂角αmax當第一折射表面入射角I1小到某一數值時，光線在第二表面的入射角可能大于臨界角而發(fā)生全反射，在第二表面上無出射光線，光線反射到第三表面上去了只有入射角大于Imin的光線才能通過棱鏡折射當入射光線和出射光線都分別同兩個折射面平行時，對應著棱鏡的最大頂角所以，當時，將沒有光通過棱鏡第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三三最小偏向角δ只是I1的函數，并且存在一最小值，即最小偏向角δm即在δm的情況下，光線的路徑是對稱的αI1-I2I1′-I2′δnI1=-I2或I1=-I2第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三應用通過測量δm來計算材料的折射率n將被測玻璃作成棱鏡，頂角取60左右，然后用測角儀測出角的精確值。當測得最小偏向角后，即可用上式求得被測棱鏡的折射率δm在各種分光計和單色儀中都有廣泛應用第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三四光楔①I1有一定大小當光線垂直或近于垂直射入光楔時，其所產生的偏向角僅和n、α有關光楔的最小偏向角②I1很小第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三③光楔的組合光學儀器中，常利用兩個光楔的組合，使它們分別繞一公共軸心旋轉，用以產生不同的偏向角，構成“可變折光本領”棱鏡。合成折光本領為：β為兩個光楔之間的夾角當δ1＝δ2＝δ0時，光楔是光學系統(tǒng)中對光線小角度偏折的元件，通常一對光楔配對使用，分別旋轉兩個光楔，可以使出射光線位于一個以入射光為軸線的角錐體內的任意方向上第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三幾種特殊情況第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期三作用：測小角度偏差光路偏折和補償作用測微小位移將雙光楔產生的微小偏向角δ轉換為兩光楔間相對較大的旋轉角度第35頁，共38頁，2023年，2月20日，