棱镜及光学材料

工程光学郭峰青岛理工大学机械工程学院EngineeringOpticsChapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012第四章平面、棱镜及光学材料平面镜棱镜在光学系统中的作用改变共轴系统的光轴方向（减少体积和减轻重量）改变像的方向利用平面镜转动作用扩大仪器的放大率改变观察方向扩大仪器的观测范围实现分光、合像和微位移Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012第四章平面、棱镜及光学材料§4.1平面镜§4.2平行平板§4.3反射棱镜§4.4折射棱镜§4.5光学材料简介Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.1平面镜§4.1.1平面镜成像1平面镜是唯一能成完善像的最简单的光学元件.2实物成虚像,虚物成实像.3像与物完全对称于平面镜.1,llChapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring20124平面镜反射,右手坐标-左手坐标奇数反射,右手坐标-左手坐标,镜像偶数反射,右手坐标-右手坐标,一致像Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.1.2平面镜旋转当入射光线方向不变而转动平面镜一角度,反射光线方向改变22)(11IIIIIIChapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.1.2平面镜旋转光学杠杆axfy2Kxxafy2Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.1.3双平面镜成像入射光线与出射光线的夹角和入射角无关,只取决于双面镜的夹角.22211IIII212II21II2Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.1.3双平面镜成像双面镜折转光路，只需加工并调整好双面镜的夹角，而对双面镜的安置精度要求不高，不像单个反射镜折转光路存在调整闲难。双面镜的连续一次像-物体绕棱边旋转2Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.2平行平板§4.2.1平行平板的成像特Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.2平行平板§4.2.1平行平板的成像特2211sinsinsinsinIInInI1212,UUII光线经平行平板后方向不变.1,11,1tantan212UU平行平板的焦距为无穷大,无光焦度.Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012侧向位移及轴向位移的计算侧向位移T=DG轴向位移21AAL)sin(cos)sin(11111IIIdIIDET111111sincoscossin)sin(IIIIII11sinsinInI111coscos1sinInIIdT111coscos1sinInIdIDGL11tantan1IIdLnII11sinsinChapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring201211tantan1IIdL轴向位移随入射角(即孔径角)的不同而不同，即轴上点发出不同孔径的光线经平板后与光轴的交点不向，亦即同心光束变成了非同心光束，因此，平行平板不能成完善像.像点距第二面的距离dLLL12Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.2.2平行平板等效光学系统平行平板在近轴区以细光束成像,很小,近轴区横向位移11,IIndl11在近轴区，平行平板的轴向位移只与其厚度和折射率有关，与入射角无关.因此平行平板在近轴区以细光束成像是完善的。这时，不管物体位置如何，其像可认为是由物体移动一个轴向位移得到的。11coscos1InIdLChapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.2.2平行平板等效光学系统等效空气平板在光路算时可以将平行玻璃平板简化为一’个等效空气平板。如所示，人射光线经玻璃平板ABCD后．出射光线平行于入射光线，过H点作光轴的平行线交PA于G,过G作光轴的垂线EF,将玻璃平板的出射面平面及出射光光路HA’—起沿光轴方向移动l’，则CD与EF重合，出射光线在G点与入射光线重合，A’与A重合。这表明，光线经过玻璃平板的光路与无折射的通过空气层ABEF的光路完全一样。这个空气层就称为玻璃平板的等效空气平板，其厚度为ndldd/Q到AandA’之OPL？Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.2.2平行平板等效光学系统引入等效空气平板的作用在于，如果光学系统的会聚或发散光路中有平行平板，将其等效为空气平板，对光学系统的外形尺寸计算将非常有利，只需计算出无平行平板时的像方位置，再沿轴向移动一个轴向位移，就得到有平行平板时的实际像面位置.lEChapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3反射棱镜实现光路转折,转像和扫描Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3反射棱镜光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光轴.反射棱镜的工作面为两个折射面和若干个反射面，光线从—个折射面入射，从另一个折射而出射，因此，两个折射面分别称为入射面和射出面，大部分反射棱镜的入射面和出射面都与光轴垂直。工作面之间的交线称为棱镜的棱，垂直于棱的平面叫主截面，在光路中，所取主截面与光学系统的光轴重合，因此又叫光轴截面。Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3反射棱镜BACAB+BC=棱镜光轴长度Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3反射棱镜主截面Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012F′F平行光经透镜成像时加一平面镜Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012A′Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.1一次反射棱镜1等腰直角棱镜(Porroprism)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.1一次反射棱镜2道威棱镜(Doveprism)入射面和出射面与光轴不垂直，出射光轴与入射光轴方向不变。道威棱镜的重要特性之一是，当其绕光轴旋转角时，反射像同方向旋转2角。周视瞄准仪,P44Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring20122道威棱镜(Doveprism)yozxy'oz'x'yozxy'x'oz'Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.2二次反射棱镜二次反射棱镜相当于一个双面镜，其出射光线与入射光线的夹角取决于两反射面的夹角.因为是偶次反射，像i物—‘致，不存在镜像。1五角棱镜(Pentaprism)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.2二次反射棱镜(2)斜方棱镜(Rhomboid)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.2二次反射棱镜(3)直角棱镜(Porro)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.3三次反射棱镜斯密特棱镜(Schmidt)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.4屋脊棱镜(Roofprism)屋脊棱镜:把普通棱镜的的一个反射面用两个互成直角的反射面来代替.两直角面的交线为棱线,棱线平行于原反射面,在主截面上.Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.4屋脊棱镜(Roofprism)在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，使系统总的反射次数由奇数变成偶数，从而达到物像相似的要求。xyzx′y′z′xyzx′y′z′Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.4屋脊棱镜(Roofprism)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.4屋脊棱镜(Roofprism)Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.5分光棱镜薄膜分光面,pelliclebeamsplitter非完善成像虚像Chapter4平面、棱镜及光学材料EngineeringOpticsDr.F.GuoQingdaoTECHSpring2012§4.3.6棱镜成像方向判断(1)O’Z’坐标轴和光轴的出射方向一致。(2)垂直于主截面的坐标轴O’Y’视屋脊面的个数而定，如果有奇数个屋脊面，则其像坐标轴入向与物坐标轴方向相反；没有屋脊固或屋脊面个数为偶数，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O’X’的方向视反射画个数(屋脊面算两个反射面)而定。如果物坐标系为右手坐标系，当反射面个数为偶数时．O’X’坐标釉按右手坐标系确定；而