工程光學(xué) 第四章平面成像系統(tǒng)

工程光學(xué)第四章平面成像系統(tǒng)第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月平面系統(tǒng)在光學(xué)系統(tǒng)中的作用改變像的方向，變倒像為正像例如開普勒望遠鏡中的倒像可正過來。擴大儀器的傳動比，提高測量精度擴大儀器的觀察、測量范圍合像、分像返回第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月改變像的方向，變倒像為正像第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月改變光路方向,便于觀察和縮小儀器體積B'A'B'A'第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月改變光路方向,便于觀察和縮小儀器體積優(yōu)點:全內(nèi)反射光能損失小,不必鍍銀；沒有銀層變黑，變質(zhì)使反射率下降的問題；不易變形。

第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月擴大儀器的觀察、測量范圍第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月分光、分色第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三片式光學(xué)引擎工作原理第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三片式光學(xué)引擎工作原理高壓汞弧光燈發(fā)出的白光被偏光器偏振化然后成型為GenIILCoS微顯示器面板大小與形狀的矩形光束。偏振的白光經(jīng)過分色鏡被分離為其組成成分――紅、綠、藍三色光。每一種色光被分別聚焦到一片接受相應(yīng)色彩視頻數(shù)據(jù)的GenIILCoS微顯示器面板上。從微顯示器面板上反射出的光經(jīng)過檢偏器過濾，只有一種與檢偏器偏振方向相同的光可以通過，其它偏振方向的光被阻止。紅、綠、藍三種顏色的圖像通過一個稱為X-Cube的光學(xué)元件被組合到一起。組合后的圖像經(jīng)過投射透鏡放大、聚焦，然后投射到由一個菲涅爾透鏡和柱狀透鏡組成的復(fù)合屏幕。第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)平面鏡成像一、平面鏡的成像特性1。單面鏡成像2。雙面鏡成像結(jié)束返回第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)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、反射棱鏡的展開結(jié)束返回第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)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算

三、平行平板的等效空氣層四、舉例返回第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

折射棱鏡和光楔一、折射棱鏡

二、光楔

結(jié)束返回第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月單面鏡成像的特性物、像關(guān)于平面鏡對稱，物距等于像距

(圖)平面鏡所成像與物等大，成鏡像(圖)

平面鏡成完善像，屬理想系統(tǒng)平面鏡轉(zhuǎn)動?，將使出射光線方向改變2?(圖1)(圖2)

本頁結(jié)束返回第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月平面鏡成鏡像奇次反射：物象方向（座標(biāo)）不一致，成鏡像偶次反射：物象方向（座標(biāo)）一致，成相似像第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月平面鏡轉(zhuǎn)動?，將使出射光線方向改變2?第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月雙面鏡成像特性⑴像點的位置

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。兩次成像后的像點位置是以O(shè)A為始邊，按反射順序的方向旋轉(zhuǎn)2α圓周處。

(圖)⑵出射光線的方向出射光線相對于入射光線的偏轉(zhuǎn)2α，與入射角無關(guān)，只取決于雙面鏡之間的夾角α。(圖)(3)兩次反射成一致像本頁結(jié)束返回第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月反射棱鏡的構(gòu)成形狀：將多個反射面做在同一塊玻璃上的光學(xué)元件棱鏡的工作面：指光線與之相交的面；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：指工作面之間的交線；主截面：指垂直于棱的平面本頁結(jié)束返回圖第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月返回第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月反射棱鏡的類型⑴簡單棱鏡⑵屋脊棱鏡⑶復(fù)合棱鏡(4)角錐棱鏡本頁結(jié)束返回第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月只含有一個主截面的棱鏡為簡單棱鏡

返回第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月反射面被兩個互相垂直的反射面取代的棱鏡稱作屋脊棱鏡返回第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合棱鏡是將多個簡單棱鏡（或屋脊棱鏡）組合在一起使用的棱鏡組

返回圖第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月棱鏡系統(tǒng)成像的物象坐標(biāo)變化

⑴沿著光軸的坐標(biāo)軸（如圖中的z軸）經(jīng)反射后仍沿著光軸；

⑵垂直于主截面的坐標(biāo)軸（如圖中的y軸）一般情況下保持與物坐標(biāo)相同，但當(dāng)遇有屋脊面時，每經(jīng)過一個屋脊面反向一次；⑶在主截面內(nèi)的坐標(biāo)軸（如圖中的x軸）由棱鏡的反射次數(shù)決定其方向：奇次反射成鏡像，右手系變左手系；偶次反射成一致像，右手系不變。在計數(shù)時，每一屋脊面被認為是兩次反射。本頁結(jié)束返回圖第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月反射棱鏡的計算在光路中插入棱鏡，必須使棱鏡的尺寸滿足足夠大以至于不擋光。所謂不擋光，就是棱鏡前光學(xué)系統(tǒng)出射的光束全部通過棱鏡。為解決這個問題，若按折轉(zhuǎn)的光路計算棱鏡的尺寸及畫圖都比較麻煩，通常對棱鏡采取展開的辦法來方便計算和作圖。第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂展開，就是將光軸拉直。第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月反射棱鏡的等效作用與展開

作用

“拉直”了光軸的棱鏡相當(dāng)于一個平行平面板

方法

將棱鏡展開來計算，展開的過程就是光軸經(jīng)反射面逐次成鏡像的過程。

結(jié)構(gòu)常數(shù)

K=L/DL：展開后的平板厚度；D：瞳光口徑

結(jié)束

圖返回第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月多個反射面的棱鏡展開順序是依反射面的次序翻轉(zhuǎn)展開，如五角棱鏡第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：（1）棱鏡展開后兩個折射面必須平行。（這是棱鏡的設(shè)計問題）（2）在會聚光束中兩折射面必須垂直光軸。（這是在儀器中棱鏡的安裝調(diào)正問題）第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月屋脊棱鏡的展開可用對屋脊棱翻轉(zhuǎn)的方法（因光軸是在屋脊棱上反射的）第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)平行平板光學(xué)儀器中常用“由兩個平行的光學(xué)平面構(gòu)成的”元件，稱為平行平板或者相當(dāng)于平行平板的光學(xué)元件。第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月平行平板的性質(zhì):無焦系統(tǒng)，放大率等于1產(chǎn)生軸向位移產(chǎn)生側(cè)向位移第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月出射光線與入射光線平行-----無焦元件

返回虛像和原物大小一樣且正立。（1）

光線方向不變第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（2)平行平板對象點產(chǎn)生的軸向位移

返回第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（3)平行平板對光線產(chǎn)生的側(cè)向位移第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月等效空氣層的概念

返回圖第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月返回等效空氣層的作用第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月例題在物鏡與像面之間有一反射棱鏡用于轉(zhuǎn)折光路，計算時常將反射棱鏡作為平行平板處理。已知物鏡的像距為，棱鏡出射面到像面的距離，像面直徑，物鏡直徑，反射棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù)，折射率，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。

第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月解題思路第一步作光路圖第二步根據(jù)光路建立幾何關(guān)系，由條件，棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù)為1，表明口徑與厚度相等。第三步確定極值光線的入（出）射方向及高度，從而確定棱鏡的通光口徑。第四步確定平行平板對象點的位移，確定像面的位置變化第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月返回740740240740240＋第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月DCBA7DCBA3624040D2D2/n第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月光在棱鏡中只有折射沒有反射的棱鏡稱作折射棱鏡

⑴折射棱鏡可以使通過的光線產(chǎn)生方向偏轉(zhuǎn)

⑵折射棱鏡可以使復(fù)色光形成色散返回第四節(jié)折射棱鏡第46頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月出射光線與入射光線的夾角為折射棱鏡的偏向角當(dāng)I1=-I2’或I1’=--I2時，得最小偏向角返回利用最小偏向角，可以測量玻璃材料的折射率第47頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)白光經(jīng)過折射棱鏡后，各種譜線將以不同的偏向角分散開來，形成光譜的色散，這是棱鏡光譜儀的工作原理

返回第48頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月光楔：頂角很小的折射棱鏡稱作光楔