平面成像系統(tǒng)

1、第四章 平面成像系統(tǒng)常敏常敏本章重點本章重點 平面鏡（完善像）（單面，雙面鏡）反射棱鏡（坐標(biāo)系變化） 等效作用平行平面板（位移計算，等效空氣層） （例題計算孔徑高度） 折射棱鏡和光楔（公式，應(yīng)用）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(yuǎn)鏡中的倒像可正過來 。 擴(kuò)大儀器的傳動比，提高測量精度 擴(kuò)大儀器的觀察、測量范圍 合像、分像返回偏振分光棱鏡改變光軸方向,便于觀察和縮小儀器體積分光、分色4.1 平面鏡成像一、平面鏡的成像特性1。單面鏡成像2。雙面鏡成像平面鏡成鏡像奇次反射：物象方向（座標(biāo)）不一致，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

2、標(biāo)）一致，成相似像偶次反射：物象方向（座標(biāo)）一致，成相似像POOOPNM12xO1zxzyyOO2平面鏡轉(zhuǎn)動，將使出射光線方向改變2支點HMA-fHFP測桿aMA1LP雙面鏡成像特性 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)2圓周處。 (圖) 出射光線的方向 出射光線相對于入射光線的偏轉(zhuǎn)2 ，與入射角無關(guān)，只取決于雙面鏡之間的夾角。 (圖)(3)兩次反射成一致像A2NM1AAO2AA1ORii12i1Q1O2Ni2MPAA4.2 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

3、射棱鏡的展開反射棱鏡的構(gòu)成 形狀形狀：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：指工作面之間的交線； 主截面主截面：指垂直于棱的平面 ,由光軸確定的平面.圖反射棱鏡的類型反射棱鏡的類型 簡單棱鏡 屋脊棱鏡 復(fù)合棱鏡 (4) 角錐棱鏡yzOxOzxy只含有一個主截面的棱鏡為簡單棱鏡, 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 圖動畫-反射棱鏡棱鏡系統(tǒng)成像的物象坐標(biāo)變化棱鏡系統(tǒng)成像的物象坐標(biāo)變

4、化 沿著光軸的坐標(biāo)軸（如圖中的沿著光軸的坐標(biāo)軸（如圖中的z軸）軸）經(jīng)反射后仍沿著光軸經(jīng)反射后仍沿著光軸； 垂直于主截面的坐標(biāo)軸（如圖中垂直于主截面的坐標(biāo)軸（如圖中的的y軸）一般情況下保持與物坐標(biāo)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)過相同，但當(dāng)遇有屋脊面時，每經(jīng)過一個屋脊面反向一次；一個屋脊面反向一次； 在主截面內(nèi)的坐標(biāo)軸（如圖中的在主截面內(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：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；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。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(rèn)為是兩在

5、計數(shù)時，每一屋脊面被認(rèn)為是兩次反射。次反射。動畫演示2次反射3次折射注意注意 透鏡系統(tǒng)不改變坐標(biāo)系的旋向，無論虛實正倒，坐標(biāo)的手系均不變； 任何情況下，維持延光軸的坐標(biāo)軸（z軸）方向不變，但透鏡對物體成倒像時像面上的兩個垂直于光軸的坐標(biāo)軸（x,y）軸同時反向。例題4-1oxyzz1x1y1123z2x2y2z3x3y3左左左左右右左左反射棱鏡的等效作用與展開反射棱鏡的等效作用與展開 作用作用 “拉直拉直”的光軸相當(dāng)于經(jīng)過一個平行平面板的光軸相當(dāng)于經(jīng)過一個平行平面板 方法方法 將棱鏡展開來計算，展開的過程就是光軸經(jīng)反將棱鏡展開來計算，展開的過程就是光軸經(jīng)反射面逐次成鏡像的過程。射面逐次成鏡像的過

6、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 圖動畫演示2次反射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算 三、平行平板的等效空氣層 四、舉例 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。平行平板的性質(zhì):只與厚度和折射率有關(guān)，與物體位置及孔徑角無關(guān)indt11)11 (ndl實際光線不完善成像,近軸區(qū)域完善成像,公式近似為:LA2(A )1d12LL22U11UUL1LA12An n n211O1I1n 1DG1I2IO2En 12F2I12tgU

7、tgU1112出射光線與入射光線平行 -無焦元件 虛像大小和原物一樣，且正立。12 UU 1tgtg22112211UnUnunun（1） 光線方向不變LA2(A )1d12LL22U11UUL1LA12An n n211O1I1n 1DG1I2IO2En 12F2I)1 ()1 (1111tgItgIdtgUtgUdL)11 (ndl（2) 平行平板對象點產(chǎn)生的軸向位移 indt)11 (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。現(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（

8、圖中向右）2.5mm等效空氣層的概念（H與G點出射等效） CEABPQLddFDAlGHAndldd圖u1d1dd23dhu112h13121112tgudtgudtgudhh131113112)()(tgudnddhtgudddhh等效空氣層的作用等效空氣層的作用例題例題 為了正像的需要，在物鏡與像面之間加為了正像的需要，在物鏡與像面之間加入反射棱鏡，計算時常將反射棱鏡作為入反射棱鏡，計算時常將反射棱鏡作為平行平板處理。如圖，已知物鏡的像距平行平板處理。如圖，已知物鏡的像距為為 ，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 ，物鏡直徑物鏡直徑 ，反射棱鏡的結(jié)構(gòu)，反射

9、棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù)常數(shù) ，折射率，折射率 ，試求反射，試求反射棱鏡入射面的通光口徑及該面到物鏡之棱鏡入射面的通光口徑及該面到物鏡之間的距離間的距離。 mml240mmd403mmy72mmD3611K5 . 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，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)為棱鏡的結(jié)構(gòu)常數(shù)為1 1，表明口徑與厚度相，表明口徑與厚度相等。等。 確定極值光線的入（出）射方向及高度，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。從而確定棱鏡的通光口徑。 確定平行平板對象點的位移，確定像面確定平行平板對象點的位移，確

10、定像面的位置變化的位置變化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光在棱鏡中只有折射沒有反射的棱鏡稱作折射棱鏡沒有反射的棱鏡稱作折射棱鏡 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 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 光楔的偏向角近軸計算式 在小角度和小位移測量中的應(yīng)用 角度測微的工作原理 位移測微的工作原理 ) 1( n光楔的偏向角近軸計算式出射光線對入射光線的夾角成偏向角出射光線對入射光線的夾角成偏向角) (21cos)(21cos21sin)(21sin2121IIIIn2sin2)(sinnm當(dāng) I1=-I2 或 I1=-I2 時得最小偏向角n1i-i1-i22-i341用于測量材料折射率用于測量材料折射率醫(yī)學(xué)中利用折射棱鏡對光線的偏轉(zhuǎn)校正斜視當(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 狹 縫1f2f 1LL2紫紅AB1AB121CC2A21A1B2CC12B2A1C2CA11B2B1cos) 1(2n角度測微的工作原理 圖圖大的旋轉(zhuǎn)角度 獲得微小偏向角度 變化的Ly) 1( nLLy移動測微的工作原理 返回大的移動量 獲得微小移動量 變化的Ly角度測微的工作原理本章作業(yè) P78 4-2 4-4 4-5 4-8 4-9本章小結(jié)本