[工学]应用光学第三章.ppt

平面镜棱镜在光学仪器中的作用 这种系统就是原始的军用观察望远镜的光学系统，其体积、重量都比较大，不能满足军用观察望远镜的要求，故早已被淘汰了。目前使用的军用观察望远镜，由于在系统中使用了棱镜，如图(b)所示，所以它不需要加入倒像透镜组即可获得正像，同时又可大大地缩小仪器的体积和重量。 平面镜棱镜系统主要作用有： (1)将共轴系统折叠以缩小仪器的体积和减轻仪器的重量； (2)改变像的方向——起倒像使用； (3)改变共轴系统中光轴的位置和方向——即形成潜望高或使光轴转一定的角度； (4)利用平面镜或棱镜的旋转，可连续改变系统光轴的方向，以扩大观察范围。 (5)利用平面镜转动作用扩大仪器的放大率 (6)实现分光、合像和微位移 一、单平面镜的成像特性 平面镜的平移效应 基本概念 角锥棱镜 2、当光线以任意方向从底面入射，经过三个直角面依次反射后，出射光线始终平行于入射光线。 双像棱镜 z x y 斯密特棱镜 其特点是：光路在棱镜中的路程很长，可以折叠光路，使仪器紧凑。 入射光线与出射光线之间的夹角为45° z ′ y ′ x ′ 　　如果在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下需要得到物体的一致像而又不想增加反射棱镜时，怎么办？ 可用交线位于光轴面内的两个相互垂直的反射面来取代其中的一个反射面，使垂直于主截面的坐标被这两个相互垂直的反射面依次反射而改变方向，从而得到物体的一致像。 两个互相垂直的反射面称为屋脊面 两个互相垂直的反射面称为屋脊面。 直角棱镜 屋脊棱镜 z x y z′ x′ y ′ z x y z′ x ′ y′ 屋脊棱镜的平面表示方法 角锥棱镜特点 1、三个反射工作面相互垂直，底面是一等腰三角形，为棱镜的入射面和出射面。　 3、当角锥棱镜绕其顶点旋转时，出射方向不变仅产生一个平移。 （二）复合棱镜 由两个或两个以上的普通棱镜组成的棱镜，可以实现一些特殊或者单个棱镜难以实现的功能。 别汉棱镜 z ′ y ′ x ′ x z y 当棱镜绕光轴旋转α时，反射像同向转2α，可用于会聚光束。 转像棱镜 x y x’ y’ x y y’ x’ z z’ z z’ 45? 45? 45? 45? Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ A A? A′ 可用于对圆孔的瞄准。 对于简单棱镜成像方向的规则如下 （1）z ’轴：光轴出射方向即是z’ 的方向。 （2）垂直于主截面y’轴：其反射后的方向由屋脊面的个数而定：当没有屋脊面或屋脊面为偶数时， y’方向与y方向相同；当屋脊面为奇数时， y’ 方向与y方向相反。 （3）平行于主截面的x’轴：若总反射面个数（屋脊面算二个反射面）为偶数，成一致像；若总反射面个数为奇数，成镜像。 二、确定棱镜系统成像方向的方法 对于复合棱镜成像方向的判断，可根据其主截面是否相同决定是否将符合棱镜分解成简单棱镜逐个分析。 三、棱镜的等效作用与展开 ㈠、等效作用与展开方法 　1.等效作用　 F′ F? 平行光经透镜成像于焦点F’上 平行光经透镜成像时加一平面镜 把平面镜换成直角棱镜 A′ A? 对于这种光路的等效光路 反射棱镜有两个折射面和若干反射面，若不考虑反射面，光线在两个折射面之间的行为等效于一个平行平板 把棱镜的光轴截面沿着它的反射面展开，取消棱镜的反射，以平行玻璃板的折射代替棱镜折射的方法称为“棱镜的展开” 2.　棱镜的展开　 (1).为了使棱镜和共轴球面系统组合后，仍能保持共轴球面系统的特性，必须对棱镜的结构提出一定的要求： a．棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平行。 b．如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必须和棱镜的入射及出射表面相垂直。 (2).展开方法　利用棱镜反射面的性质，将转折的光路拉直。 即：按入射光线的顺序，以反射面为镜面，求其对称像，并依次画出反射棱镜的展开图。 Applied Optics 授课：任秀云 §3.1平面反射镜 §3.2 反射棱镜和棱镜的展开 § 3.3 平行平板 § 3.4 折射棱镜与光楔 第三章 平面镜棱镜系统 表演：擦玻璃镜 平面镜所成的像和物是以镜面为对称轴的轴对称图形。 利用透镜可以组成各种共轴球面系统，以满足不同的成像要求，例如望远镜，远摄型物镜和反远摄物镜，但是，共轴球面系统的特点是所有透镜表面的球心必须排列在同一条直线上，这往往不能满足很多实际的需要。例如用正光焦度的物镜和目镜组成的简单望远镜所成的像是倒的，观察起来就很不方便，为了获得正像，必须加入一个倒像透镜组，这种系统如图所示。 此外，在很多仪器中，根据实际使用的要求，往往需要改变共轴系统光轴的位置和方向。例如在迫击炮瞄准镜中，为了观察方便，需要使光轴倾斜一定的角度，如图所示： A P O Q B A’