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1、21292C,第三章 平面与平面系统 第四章 光学系统中的光阑和光束限制,21292C,第三章 平面与平面系统,21292C,第三章 平面与平面系统,第一节 平面镜成像 第二节 平 行 平 板 第三节 反 射 棱 镜 第四节 折射棱镜与光楔 第五节 光 学 材 料,21292C,第一节 平面镜成像,一、平面镜成像 二、平面镜旋转特性 三、双平面镜成像,21292C,一、平面镜成像,3-1,21292C,一、平面镜成像,3-2,21292C,二、平面镜旋转特性,3-3,21292C,二、平面镜旋转特性,3-4,21292C,三、双平面镜成像,3-5,21292C,三、双平面镜成像,3-6,212
2、92C,第二节 平 行 平 板,一、平行平板的成像特性 二、平行平板的等效光学系统,21292C,一、平行平板的成像特性,图3-7 平行平板的成像特性,21292C,二、平行平板的等效光学系统,图3-8 平行平板的等效作用,21292C,第三节 反 射 棱 镜,一、反射棱镜的类型 二、棱镜系统的成像方向判断 三、反射棱镜的等效作用与展开,21292C,一、反射棱镜的类型,(一)简单棱镜 (二)屋脊棱镜 (三)立方角锥棱镜 (四)棱镜的组合复合棱镜,21292C,一、反射棱镜的类型,图3-9 反射棱镜的主截面,21292C,(一)简单棱镜,1.一次反射棱镜 具有一个反射面，与单个平面镜对应，使物
3、体成镜像，即垂直于主截面的坐标方向不变，位于主截面内的坐标改变方向。 2.二次反射棱镜 有两个反射面，作用相当于一个双面镜，其出射光线与入射光线的夹角取决于两个反射面的夹角。 3.三次反射棱镜 如图3-13a所示的三次反射棱镜称为斯密特棱镜，出射光线与入射光线的夹角为45，奇次反射成镜像。,21292C,1.一次反射棱镜,图3-10 一次反射棱镜,21292C,1.一次反射棱镜,图3-11 周视瞄准仪光学系统 及其旋转特性,21292C,2.二次反射棱镜,图3-12 常用二次反射棱镜,21292C,3.三次反射棱镜,图3-13 斯密特棱镜及其应用,21292C,(二)屋脊棱镜,3-14,212
4、92C,(三)立方角锥棱镜,3-15,21292C,(四)棱镜的组合复合棱镜,1.分光棱镜 如图3-16所示，一块镀有半透半反析光膜的直角棱镜与另一块尺寸相同的直角棱镜胶合在一起，可以将一束光分成光强相等或光强呈一定比例的两束光，且这两束光在棱镜中的光程相等。 2.分色棱镜 如图3-17所示，白光经过分色棱镜后被分解为红、绿、蓝三束单色光。 3.转像棱镜 如图3-18所示，其主要特点是出射光轴与入射光轴平行，实现完全倒像，并能折转很长的光路在棱镜中，可用于望远镜光学系统中实现倒像。 4.双像棱镜 如图3-19所示，它由四块棱镜胶合而成，其中棱镜和的反射面镀半透半反的析光膜。,21292C,1.
5、分光棱镜,3-16.,21292C,2.分色棱镜,3-17,21292C,3.转像棱镜,图3-18 转像棱镜 a)普罗型转像棱镜 b)普罗型转像棱镜 c)别汉棱镜,21292C,4.双像棱镜,图3-19 双像棱镜,21292C,二、棱镜系统的成像方向判断,1)Oz坐标轴和光轴的出射方向一致。 2)垂直于主截面的坐标轴Oy视屋脊面的个数而定，如果有奇数个屋脊面，则其像坐标轴方向与物坐标轴方向Oy方向相反；没有屋脊面或有偶数个屋脊面，则像坐标轴方向与物坐标轴方向一致。 3)平行于主截面的坐标轴Ox的方向视反射面个数(屋脊面按两个反射面计算)而定。,21292C,三、反射棱镜的等效作用与展开,(一)
6、棱镜的等效作用与展开方法 (二)常见棱镜的展开,21292C,(一)棱镜的等效作用与展开方法,图3-20 反射棱镜的等效作用 与展开过程,21292C,(二)常见棱镜的展开,表3-1 常见棱镜的展开过程、光轴长度与结构参数,21292C,(二)常见棱镜的展开,表3-1 常见棱镜的展开过程、光轴长度与结构参数,21292C,(二)常见棱镜的展开,图3-21 直角屋脊棱镜的展开,21292C,第四节 折射棱镜与光楔,一、折射棱镜的偏向角 二、光楔及其应用 三、棱镜色散,21292C,第四节 折射棱镜与光楔,图3-22 折射棱镜的 工作原理,21292C,一、折射棱镜的偏向角,图3-22 折射棱镜的
7、 工作原理,21292C,二、光楔及其应用,图3-23 光楔,21292C,二、光楔及其应用,3-24,21292C,二、光楔及其应用,3-25,21292C,三、棱镜色散,3-26,21292C,三、棱镜色散,3-27,21292C,三、棱镜色散,表3-2 夫朗和费谱线的颜色、符号、波长及产生相应谱线的元素,21292C,第五节 光 学 材 料,一、透射材料的光学特性 二、反射光学材料的光学特性,21292C,一、透射材料的光学特性,(1)平均折射率nD和平均色散dn=nF-nC。 (2)阿贝常数：D=(nD-1)/(nF-nC)。 (3)部分色散：任意一对谱线的折射率之差，n1-n2。 (
8、4)相对色散：部分色散与平均色散之比(n1-n2)/(nF-nC)。,21292C,二、反射光学材料的光学特性,反射光学元件是在抛光玻璃或金属表面镀上高反射率金属材料的薄膜而成。反射不存在色散，因此，反射光学材料的唯一光学特性是其对各种色光的反射率()。各种金属镀层的反射率各不相同，同一金属材料的反射率随波长的不同而不同，其详细介绍请读者参阅第九章的第二节。,21292C,第四章 光学系统中的光阑和光束限制,21292C,第四章 光学系统中的光阑和光束限制,第一节 光 阑 第二节 照相系统中的光阑 第三节 望远镜系统中成像光束的选择 第四节 显微镜系统中的光束限制与分析 第五节 光学系统的景深
9、,21292C,第一节 光 阑,一、孔径光阑 二、视场光阑,21292C,一、孔径光阑,(一)孔径光阑的定义与作用 (二)入射光瞳和出射光瞳 (三)关于孔径光阑需要注意的几个问题,21292C,(一)孔径光阑的定义与作用,4-1,21292C,(一)孔径光阑的定义与作用,4-2,21292C,(一)孔径光阑的定义与作用,4-3,21292C,(一)孔径光阑的定义与作用,4-4,21292C,(一)孔径光阑的定义与作用,图4-5 孔径光阑位置对轴外物点 成像光束位置的选择,21292C,(二)入射光瞳和出射光瞳,图4-6 照相机镜头中 的孔径光阑,21292C,(二)入射光瞳和出射光瞳,图4-7
10、 孔径光阑与入瞳、出瞳 a)孔径光阑与入瞳 b)孔径光阑与出瞳,21292C,(三)关于孔径光阑需要注意的几个问题,(1)在具体的光学系统中，如果物平面位置有了变动，究竟谁是真正起限制轴上物点光束宽度作用的孔径光阑？需要仔细分析。 (2)如果几块口径一定的透镜组合在一起形成一个镜头，对于确定的轴上物点位置，要找出究竟哪个透镜的边框是孔径光阑？有两种常用的方法：从轴上物点追迹一条近轴光线(u角任意)，求出光线在每个折射面上的投射高度，然后将得到的投射高度与相应折射面的实际口径去比，则比值最大的那个折射面的边框就是这个镜头的孔径光阑。 (3)孔径光阑位置的安放原则在不同的光学系统中是不同的。,21
11、292C,图4-8 物体位置变动后谁是孔径光阑,21292C,二、视场光阑,(1)视场光阑的定义和作用。 (2)入射窗和出射窗。 (3)在有些光学系统中，如果在像面处无法安放视场光阑，在物面处安放视场光阑又不现实，成像范围的分析就复杂一些，参见后续的章节(第七章，典型光学系统)。,21292C,(1)视场光阑的定义和作用。,在实际的光学系统中，不仅物面上每一点发出并进入系统参与成像的光束宽度是有限的，而且能够清晰成像的物面大小也是有限的。把能清晰成像的这个物面范围称为光学系统的物方视场，相应的像面范围称为像方视场。事实上，这个清晰成像的范围也是由光学设计者根据仪器性能要求主动地限定的，限定的办
12、法通常是在物面上或在像面上安放一个中间开孔的光阑。光阑孔的大小就限定了物面或像面的大小，即限定了光学系统的成像范围。这个限定成像范围的光阑称为视场光阑。,21292C,(2)入射窗和出射窗。,视场光阑经其前面的光学系统所成的像称为入射窗，视场光阑经其后面的光学系统所成的像称为出射窗。如果视场光阑安放在像面上，入射窗就和物平面重合，出射窗就是视场光阑本身；如果视场光阑安放在物平面上，则入射窗就是视场光阑本身，而出射窗与像平面重合。因此，入射窗、视场光阑和出射窗三者是互为物像关系的。,21292C,(3)在有些光学系统中,在有些光学系统中，如果在像面处无法安放视场光阑，在物面处安放视场光阑又不现实
13、，成像范围的分析就复杂一些，参见后续的章节(第七章，典型光学系统)。,21292C,第二节 照相系统中的光阑,(1)在照相光学系统中，根据轴外光束的像质来选择孔径光阑的位置，其大致位置在照相物镜的某个空气间隔中，如图4-14所示。 (2)在有渐晕的情形下，轴外点光束宽度不仅仅由孔径光阑的口径确定，而且还和渐晕光阑的口径有关。 (3)照相光学系统中，感光底片的边框就是视场光阑。,21292C,第二节 照相系统中的光阑,4-9,21292C,第二节 照相系统中的光阑,4-10,21292C,第二节 照相系统中的光阑,图4-11 孔径光阑对轴外点光束的限制,21292C,第二节 照相系统中的光阑,4
14、-12,21292C,第二节 照相系统中的光阑,4-13,21292C,图4-14 照相物镜中的孔径光阑位置,21292C,第三节 望远镜系统中成像光束的选择,(1)若孔径光阑位于物镜左侧10mm的地方，其亦为系统的入瞳。 (2)雷同于(1)的步骤与方法，可求出孔径光阑位于物镜上时主光线在各光学零件上的投射高度及出瞳距如下： (3)当孔径光阑位于物镜右侧10mm处时，为追迹主光线，可先根据高斯公式(2-7)求出入瞳位置在物镜右侧11mm的地方。,21292C,第三节 望远镜系统中成像光束的选择,图4-15 双目望远镜系统,21292C,第三节 望远镜系统中成像光束的选择,图4-16 望远镜系统
15、简化图,21292C,(1)若孔径光阑位于物镜左侧10mm的地方，其亦为系统的入瞳。,图4-17 主光线光路,21292C,(2)雷同于(1)的步骤与方法,雷同于(1)的步骤与方法，可求出孔径光阑位于物镜上时主光线在各光学零件上的投射高度及出瞳距如下： hz物=0 hz分=8mm hz目=9.35mm lz=21mm,21292C,(3)当孔径光阑位于物镜右侧10mm处时,1)两个光学系统联用时，一般应满足光瞳衔接原则； 2)目视光学系统的出瞳一般在外，且出瞳距不能短于6mm； 3)望远系统的孔径光阑大致在物镜左右，具体位置可根据尽量减小光学零件的尺寸和体积的考虑去设定； 4)可放分划板的望远
16、系统中，分划板框是望远系统的视场光阑。,21292C,(3)当孔径光阑位于物镜右侧10mm处时,表4-1 通光口径(单位：mm),21292C,(3)当孔径光阑位于物镜右侧10mm处时,图4-18 光阑位置对轴外光束 位置的选择,21292C,第四节 显微镜系统中的光束限制与分析,一、简单显微镜系统中的光束限制 二、远心光路 三、场镜的应用,21292C,一、简单显微镜系统中的光束限制,图4-19 显微镜系统光路,21292C,一、简单显微镜系统中的光束限制,图4-20 远心光路,21292C,二、远心光路,有一些显微镜是用于测量长度的，其测量原理是在物镜的实像面上置一刻有标尺的透明分划板，标尺的格值已考虑了物镜的放大率，因此，当被测物体成像于分划板平面上时，按刻尺读得的像的长度即为物体的长度。用此方法作物体长度的测量，标尺分划板与物镜之间的距离固定不变，以确保按设计规定的物镜放大率为常值。,21292C,三、场镜的应用,(1)一般显微镜系统中，孔径光阑置于显微物镜上；一次实像面处安放系统的视场光阑； (2)显微系统用于测长等目的
