3 平面与平面系统.ppt

共轴球面和平面光学系统 共轴球面系统的缺点所有光学元件都在一条直线上体积大 应用不便加入平面系统减小体积 3平面与平面系统 平面反射镜平行平板反射棱镜折射棱镜光楔 功能光路转折像高度量翻转成像光谱分析 平面镜成像 从O点发出的同心光束 经反射镜M反射后 形成从O 点发出的同心光束完善成像实物成虚像 虚物成实像r l l 1 O O M 反射引起的手系变化 偶数次反射 手系不变奇数次反射 手系改变物体顺时针旋转 反射像反时针旋转同样角度 平面镜转动引起的光线转动 入射光线不动平面镜转动 角度 I1 I I2 I I2 I2 I 2 反射光线相对于原反射光线转动I1 I2 2 角度放大 M M1 N N1 I I1 I2 I2 2 角度放大的应用 测量微小角度测量微小位移 双平面镜 两镜平行 出射光线与入射光线平行两镜夹 出射与入射光线夹角 2 只与 有关 若入射角和 不变 双镜绕棱边旋转 出射光线方向不变 M1 M2 M1 M2 双平面镜的连续一次像 M1 M2 xyz x y z x y z 右手 左手 右手物体绕棱从M1到M2转2 成像M2 M1 物体绕棱从M2到M1转2 成像 M1 M2 y x z y x z y x z 2 D I1 A2 A1 U1 平行平板 U1 U2 tgU2 tgU1 1 1 1 2 1光焦度为零侧向位移 T DG轴向位移L DG sinI1 d L1 L U2 n I1 G L1 L2 L2 光线的平移量 DEF DE d cosI1 DEG DG DE sin I1 I 展开sin 并应用折射定律侧向位移 T DG T dsinI1 1 cosI1 ncosI1 轴向位移 L DG sinI1 L d 1 cosI1 ncosI1 L d 1 tgI1 tgI1 L 与U有关 D I1 U1 d L I1 G E F I1 I1 平行平板的等效系统 L2 L1 L d近轴时 l2 l1 l d L d 1 tgI1 tgI1 l d 1 1 n 近轴细光束时 L 与U无关 平行平板完善成像物通过平行平板的像由物平移 L 得到 等效系统光路 平行平板可等效为一个空气平板板厚度为d d l 按空气平板计算后 像点再平移 l 就得实际像点实质就是无平行平板 l d d 反射棱镜 一个或多个反射镜磨制在一块玻璃上 若反射面不满足全反射条件 需镀反射膜反射一次 光轴折转一次用于转折光路 转像 扫描结构紧凑 装调要求低入射面和出射面是折射面 一般与光轴垂直垂直于棱的平面 主截面 光轴在主截面内工作面 反射 入射 出射 与主截面垂直 简单棱镜 只有一个主截面 一次反射棱镜 直角棱镜等腰棱镜道威棱镜由图可知 垂直于主截面的坐标和沿光轴的坐标方向不变 在主截面内的坐标方向改变 多次反射棱镜 使得仪器结构紧凑 直角棱镜30 直角棱镜斯密特棱镜是否镜像看反射次数 屋脊棱镜 消除镜像 同时不增加反射面数量两个互相垂直的反射镜 交线位于主截面内 用此组合反射镜取代反射棱镜中的一个反射面 形成屋脊面垂直于主截面的坐标被两次反射改变方向 得到与物体一致的像 屋脊棱镜与普通棱镜的比较 屋脊棱镜详解 普通直角二次反射棱镜 x z面为主截面 主截面垂直于图面 普通棱镜变为屋脊棱镜 x y z z x y x y z z x y 主截面 立方角锥棱镜 由立方体切下一角形成光线以任意角度入射 出射光线始终与之平行激光测距 复合棱镜 几个棱镜的组合 分光棱镜分色棱镜 反蓝膜 反红膜 棱镜的成像方向判断 oz 与光轴出射方向一致垂直于主截面的oy 方向视屋脊面数量而定 屋脊面数量为奇 oy 与oy相反 否则相同平行于主截面的ox 方向视反射面数量而定 屋脊面算两个反射面 反射面数量为奇 出射手系与入射手系相反 反之相同复合棱镜在各个主截面内使用上述规则有透镜时 要考虑透镜成像的正倒 棱镜的成像方向判断实例1 棱镜的成像方向判断实例2 道威棱镜由图知 棱镜绕光轴转90 像绕光轴转180 棱镜绕光轴转 角度 像绕光轴转2 角度 主截面 主截面 棱镜的成像方向判断实例3 周视瞄准仪仪器转动 眼不动 物与像的手性相同 双像棱镜 A在光轴上 A1 和A2 重合 II和III之间半透半反两个直角棱镜均非屋脊棱镜II III I一路主截面是图面 出射手性不变 A A1 II IV III I一路 在IV内的一段主截面垂直于图面 出射手性改变 A A2 反射棱镜的等效作用和展开 反射棱镜 入射 出射折射面 反射面折射面 平行平板反射面 转折光路等效作用 按反射面翻转光路 把折线光路拉直 反射镜等效为平行平板用等效平行玻璃平板代替入射 出射面之间的光路 棱镜的展开 直角一次反射棱镜的展开 入射光 紫色展开之前的光路 会聚于F点 红色展开之后的光路 会聚于F 点 蓝色L 等效平板厚度 F F L 展开方法 在主截面内 按反射面的顺序 以反射面与主截面的交线为轴 依次使主截面翻转180 两折射面与光轴垂直 展开可得等效平行平板两折射面与光轴不垂直 展开所得有侧向平移棱镜展开后 按平行平板简化计算 典型棱镜的展开 L KD K 棱镜结构参数 折射棱镜 用于光路转折和色散两折射面的夹角 称折射棱镜的折射角垂直于折射棱的平面为主截面出射光与入射光的夹角 为偏向角 从入射光以锐角转向出射光 顺时针为正 偏向角 关系式 入射和出