工程光学第4章课件.ppt

第4章 平面与平面系统 1.平面镜成像 2.平行平板 3.反射棱镜 4.折射棱镜与光楔 第二节 平行平板 第三节 反射棱镜 第四节 折射棱镜与光楔 通常用反射棱镜的结构常数 来表示棱镜的通光口径 （入射面上或出射面上的最大光斑直径）和棱镜中的光轴长度 之间的关系，即 一般情况下， 是等效平板的厚度，但道威棱镜例外。根据棱镜的通光口径和结构常数，即可求出棱镜的结构尺寸。 由于反射棱镜等效于平行平板，将其应用于光学系统的非平行光束中时，必须考虑到平行平板既会产生像的轴向位移，又会产生像差。 折射棱镜是通过两个折射表面对光线的折射进行工作的，两折射面的交线称为折射棱，两折射面间的夹角 称为折射棱镜的顶角。同样，垂直于折射棱的平面称为折射棱镜的主截面。 * * * * 第4章 平面与平面系统 光学系统除利用球面光学元件（如透镜和球面镜等）实现对物体的成像特性外，还常用到各种平面光学元件，如平面反射镜、平行平板、反射棱镜、折射棱镜和光楔等。这些平面光学元件主要用于改变光路方向、倒像及色散。本章主要讨论这些平面光学元件的成像特性。 【本章教学要点】 利用平面镜旋转时的特点测量微小角度和微小位移； 奇数次与偶数次成像的不同 相关知识 掌握平面镜成像的特点、平面镜旋转时的成像特点以及双平面镜成像的特点； 平面镜成像 掌握程度 知识要点 透射材料的种类及特点； 反射材料的特点 了解平均折射率、阿贝常数、部分色散和相对色散的定义； 熟悉透射材料和反射材料的特点 光学材料 折射棱镜的折射面和折射棱； 双光楔测量微小角度和微小位移 熟悉折射棱镜的偏向角公式； 掌握最小偏向角公式及光楔的偏向角 折射棱镜与光楔 反射棱镜的作用； 屋脊棱镜与一般反射棱镜的区别 熟悉各种反射棱镜的应用场合； 掌握反射棱镜的成像方向判断方法 反射棱镜的分类及特点 平行平板成非完善像 物体经平行平板的光学系统后所成像的求法 掌握平行平板的成像特点以及等效成的空气平板的厚度 平行平板成像及其等效光学系统 相关知识 掌握程度 知识要点 第一节 平面镜成像 平面反射镜又称平面镜，是光学系统中唯一能成完善像的光学元件，在日常生活中并不少见，如穿衣镜、化妆镜等。 1.单平面镜 如图3-1所示，物体 上任一点发出的同心光束被平面镜反射，光线 沿 方向原光路返回，光线 以入射角 入射，经反射后沿 方向出 射，延长 和 交于 。 由反射定律及几何关系 容易证明 ， 从而可得 = ， = 。 图3-1 平面镜成像 同样可证明由 点发出的另一条光线 经反射后，其反射光线的延长线必交于 点。这表明，由 点发出的同心光束经平面镜反射后，变换为以 为中心的同心光束。因此， 为物点 的完善像点。同样可以证明 点为 点的完善像点。由于物体上每点都成完善像，所以整个物体也成完善像。 图3-1 平面镜成像 1.1 平面镜成像特点有： (1)像与物相对平面镜对称，物像虚物相反 由球面镜的物像位置公式 ，令 = ∞可得 ，所以，物与像相对于平面镜对称。 由球面镜的放大率公式 可知，实物成虚像，虚物成实像。 (2)平面镜成镜像 由于平面镜成像的对称性，使一个右手坐标系的物体，变换成左手坐标系的像，这种像称为镜像。如图3-2 所示，一个右手坐标系 ，经平面 镜 后，其像为一个左手坐标系 。当正对着物体即沿 方向观察物时， 轴在左边；而当正对着像即沿 方向 观察像时， 在右边。 图3-2 平面镜成镜像图 (3)平面镜奇数次反射成镜像。偶数次反射成与物一致的像。 由图3-2可知，一次反射像 若再经过一次反射成像，将恢复成与物相同的右手坐标系。 (4)当物体旋转时，其像沿反方向旋转相同的角度。 正对着 方向观察时， 顺时针方向转90°至 ，而 则是逆时针方向转90°至 （沿 方向观察）。同样，沿 方向观察， 转向 是顺时针方向，而 转向 则是逆时针方向（沿 方向观察）。沿 方向观察的情况相同。 1.2 平面镜旋转时的特点 当入射光线方向不变而转动平面镜时，反射光线的方向将发生改变。如图3-3所示，设平面镜转动角时，反射光线转动角，根据反射定律有 因此反射光线的方