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1、第四章 平面成像系统 平面系统在光学系统中的作用 平面镜成像 反射棱镜 平行平面板 折射棱镜 本章结束平面系统在光学系统中的作用 改变像的方向，变倒像为正像例如开普勒望远镜中的倒像可正 过来 。 扩大仪器的传动比，提高测量精度 扩大仪器的观察、测量范围 合像、分像返回改变像的方向，变倒像为正像改变光路方向,便于观察和缩小仪器体积BABA改变光路方向,便于观察和缩小仪器体积优点:全内反射光能损失小,不必镀银；没有银层 变黑，变质使反射率下降的问题；不易变形。 扩大仪器的观察、测量范围分光、分色三片式光学引擎工作原理三片式光学引擎工作原理 高压汞弧光灯发出的白光被偏光器偏振化然后成型为 Gen I
2、I LCoS微显示器面板大小与形状的矩形光束。偏 振的白光经过分色镜被分离为其组成成分红、绿、 蓝三色光。每一种色光被分别聚焦到一片接受相应色彩 视频数据的Gen II LCoS微显示器面板上。从微显示器 面板上反射出的光经过检偏器过滤，只有一种与检偏器 偏振方向相同的光可以通过，其它偏振方向的光被阻止 。红、绿、蓝三种颜色的图像通过一个称为X-Cube的光 学元件被组合到一起。组合后的图像经过投射透镜放大 、聚焦，然后投射到由一个菲涅尔透镜和柱状透镜组成 的复合屏幕。第一节 平面镜成像一、平面镜的成像特性 1。单面镜成像 2。双面镜成像 结束返回第二节反射棱镜一、反射棱镜的构成 二、反射棱镜
3、的分类 三、反射棱镜的成像方向 四、反射棱镜的展开 结束返回第三节 平行平板 一、平行平板的成像特性 二、平行平板对光线位移的计算 三、平行平板的等效空气层 四、举例返回第四节 折射棱镜和光楔 一、 折射棱镜 二、光楔 结束返回单面镜成像的特性 物、像关于平面镜对称，物距等于像距 (图 ) 平面镜所成像与物等大，成镜像 (图) 平面镜成完善像，属理想系统 平面镜转动，将使出射光线方向改变2 ( 图1) (图2) 本页结束返回平面镜成镜像奇次反射：物象方向（座标）不一致，成镜像 偶次反射：物象方向（座标）一致，成相似像平面镜转动，将使出射光线方 向改变2返回返回返回双面镜成像特性 像点的位置 反
4、射像均位于以双面镜的相交轴线O为圆心、以OA为 半径的圆周上。两次成像后的像点位置是以OA为始边 ，按反射顺序的方向旋转2圆周处。 (图) 出射光线的方向出射光线相对于入射光线的偏转2 ，与入射角无关， 只取决于双面镜之间的夹角。 (图) (3)两次反射成一致像 本页结束返回反射棱镜的构成 形状：将多个反射面做在同一块玻璃上 的光学元件 棱镜的工作面：指光线与之相交的面； 棱镜的光轴：指光学系统的光轴在棱镜 内部所成的折线； 棱：指工作面之间的交线； 主截面：指垂直于棱的平面 本页结束 返回图返回反射棱镜的类型 简单棱镜 屋脊棱镜 复合棱镜 (4) 角锥棱镜本页结束返回只含有一个主截面的棱镜为
5、简单棱镜 返回反射面被两个互相垂直的反射面取代 的棱镜称作屋脊棱镜返回复合棱镜是将多个简单棱镜（或屋脊 棱镜）组合在一起使用的棱镜组 返回图棱镜系统成像的物象坐标变化 沿着光轴的坐标轴（如图中的z轴）经反射后仍 沿着光轴； 垂直于主截面的坐标轴（如图中的y轴）一般情 况下保持与物坐标相同，但当遇有屋脊面时，每 经过一个屋脊面反向一次； 在主截面内的坐标轴（如图中的x轴）由棱镜的 反射次数决定其方向：奇次反射成镜像，右手系 变左手系；偶次反射成一致像，右手系不变。在 计数时，每一屋脊面被认为是两次反射。本页结束 返回图反射棱镜的计算 在光路中插入棱镜，必须使棱镜的尺寸 满足足够大以至于不挡光。所
6、谓不挡光， 就是棱镜前光学系统出射的光束全部通过 棱镜。 为解决这个问题，若按折转的光路计算 棱镜的尺寸及画图都比较麻烦，通常对棱 镜采取展开的办法来方便计算和作图。所谓展开，就是将光轴拉直。反射棱镜的等效作用与展开 作用“拉直”了光轴的棱镜相当于一个平行平面板 方法将棱镜展开来计算，展开的过程就是光轴经反 射面逐次成镜像的过程。 结构常数K=L/DL：展开后的平板厚度；D：瞳光口径 结束 图 返回多个反射面的棱镜展开顺序是依反射面的 次序翻转展开，如五角棱镜 注意： （1）棱镜展开后两个折射面必须平 行。（这是棱镜的设计问题） （2）在会聚光束中两折射面必须垂 直光轴。（这是在仪器中棱镜的安
7、装调正 问题）屋脊棱镜的展开可用对屋脊棱翻转的方法 （因光轴是在屋脊棱上反射的）第三节 平行平板 光学仪器中常用“由两个平行的光学平 面构成的”元件，称为平行平板或者相当于 平行平板的光学元件。平行平板的性质: 无焦系统，放大率等于1 产生轴向位移 产生侧向位移出射光线与入射光线平行 -无焦元件 返回虚像和原 物大小一 样且正立 。（1） 光线方向不变（2) 平行平板对象点产生的轴向位移 返回（3) 平行平板对光线产生的侧向位移等效空气层的概念 返回图返回等效空气层的作用例题 在物镜与像面之间有一反射棱镜用于转 折光路，计算时常将反射棱镜作为平行平 板处理。已知物镜的像距为 ，棱 镜出射面到像
8、面的距离 ，像面 直径 ，物镜直径 ，反 射棱镜的结构常数 ，折射率 ，试求反射棱镜入射面的通光口径及该面 到物镜之间的距离。 解题思路 第一步 作光路图 第二步 根据光路建立几何关系，由条件 ，棱镜的结构常数为1，表明口径与厚度 相等。 第三步 确定极值光线的入（出）射方向 及高度，从而确定棱镜的通光口径。 第四步 确定平行平板对象点的位移，确 定像面的位置变化返回740740 240740 240DCBA7 DCBA3624040D2D2/n光在棱镜中只有折射没有 反射的棱镜称作折射棱镜 折射棱镜可以使通过的 光线产生方向偏转 折射棱镜可以使复色光 形成色散返回第四节 折射棱镜出射光线与入射光线的夹角为折射棱镜的偏向角当 I1=-I2 或 I1=-I2 时，得最小偏向角返回利用最小偏向角，可以测 量玻璃材料的折射率当白光经过折射棱镜后，各种谱线将以不 同的偏向角分散开来，形成光谱的色散， 这是棱镜光谱仪的工作原理 返回光楔： 顶角很小的折射棱镜称 作光楔 光楔的偏向角近轴计算式 在小角度和小位移测量中的应用 （1）角度测微的工作原理 （2）位移测微的工作原理 结束返回角度测微的工作原理 返回图移动测微的工作原理 返回本章结束
