平面镜和平面系统.pptx
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1、 第 四 章 平 面 镜 和 平 面 系 统 平面镜成像平面镜成像 平行平板平行平板 反射棱镜反射棱镜 折射棱镜与光楔折射棱镜与光楔 光学材料光学材料主要应用:改变光路方向,转像,倒像,分光,主要应用:改变光路方向,转像,倒像,分光,产生分散作用于光谱分析产生分散作用于光谱分析应 用 光 学.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学常用光学元件:常用光学元件:1 1、球面光学元件(如透镜和球面镜等)。、球面光学元件(如透镜和球面镜等)。2 2、平面光学元件(平面反射镜、平行平板、平面光学元件(平面反射镜、平行平板、反射棱镜、折射棱
2、镜和光楔等)反射棱镜、折射棱镜和光楔等)一、平面镜成像一、平面镜成像1 1)成像性质:)成像性质:l 唯一能成完善像的最简单的光学元件唯一能成完善像的最简单的光学元件l 像与物完全对称于平面镜像与物完全对称于平面镜4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学平面反射镜的成像原理图平面反射镜的成像原理图由反射定律及几何关系由反射定律及几何关系易证明易证明得:得:4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学可以证明由物点可以证明由物点A A发出的另一条光线发出的另
3、一条光线AOAO经反射经反射后,其反射光线的延长线交于后,其反射光线的延长线交于A A点。这表明:点。这表明:由由A A点发出的同心光束经平面镜反射后,变为点发出的同心光束经平面镜反射后,变为以以A A点为中心的同心光束。因此,点为中心的同心光束。因此,A A点为物点点为物点A A的的“完善像点完善像点”。同理可以证明。同理可以证明B B为为B B的完善像。的完善像。由于物体上的每点都成完善像,所以整个物体由于物体上的每点都成完善像,所以整个物体也成完善像。(也成完善像。(若一个物点对应的一束同心若一个物点对应的一束同心光束,经过光学系统后仍为同心光束该光束的光束,经过光学系统后仍为同心光束该
4、光束的中心即为该物点的完善像点中心即为该物点的完善像点。)。)实物成虚像,虚物成实像实物成虚像,虚物成实像4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学2 2)物理解释:)物理解释:l 奇数次反射成镜像,偶数次反射成一致像奇数次反射成镜像,偶数次反射成一致像 镜像镜像:不管物和像是虚是实,它们的尺度相同:不管物和像是虚是实,它们的尺度相同且其位置对称于平面镜,这种特性称之为且其位置对称于平面镜,这种特性称之为“镜像镜像”。像和物上下同方向,而左右方向颠倒。像和物上下同方向,而左右方向颠倒。l 当物体旋转时,其像反方向旋转相同的度
5、数当物体旋转时,其像反方向旋转相同的度数 由于对称性,使一个右手坐标系的物体变换成由于对称性,使一个右手坐标系的物体变换成左手坐标系的像。左手坐标系的像。4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学反射镜反射镜“镜像镜像”示意图示意图“对着谁看的问题对着谁看的问题”4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学二、平面镜的旋转二、平面镜的旋转1 1、重要特性:、重要特性:当入射光线方向不变,使平面镜转当入射光线方向不变,使平面镜转动动时,反射光线的方向改变了时,
6、反射光线的方向改变了2 2角角4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学证明过程:证明过程:当入射光线方向不变而转动平面镜时,反射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。设平面镜转动角度光线的方向将发生改变。设平面镜转动角度,反射光线转动反射光线转动,则由反射定律:,则由反射定律:4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学2 2、应用:测量微小角度或位移、应用:测量微小角度或位移自标尺零位点(自标尺零位点(F F点)发出的点)发出的光线
7、经物镜光线经物镜L L后平行于光轴后平行于光轴当平面镜当平面镜M M垂直于光轴时,平行垂直于光轴时,平行光经平面镜反射后原光路返回,光经平面镜反射后原光路返回,经准直物镜后重新会聚于经准直物镜后重新会聚于F F点。点。(a)(b)4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学反射光束旋转反射光束旋转2 2角角平面镜平面镜M M旋转旋转角角(c)(d)4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学证明过程:证明过程:当旋转角度很小时当旋转角度很小时4.1.第第第第
8、四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学三、双平面镜成像三、双平面镜成像1 1、性质:出射光线和入射光线的夹角与入射角无、性质:出射光线和入射光线的夹角与入射角无关,只取决于双面镜的夹角关,只取决于双面镜的夹角1)1)双平面镜对光线的转换双平面镜对光线的转换4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学在在 中,有中,有证明过程:证明过程:由由 ,有,有由反射定律由反射定律则则4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系
9、统 应用光学2)2)双平面镜转折光路的性质双平面镜转折光路的性质则说明:出射光线和入射光线的夹角与则说明:出射光线和入射光线的夹角与入射角无关,只取决于双面镜的夹角。入射角无关,只取决于双面镜的夹角。4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学2 2、应用:用于转折光路、应用:用于转折光路3 3、成像(连续一次像)、成像(连续一次像)1)1)经经PQPQ与与PRPR成连续一次像成连续一次像4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学2)2)经经PRPR与与PQ
10、PQ成连续一次像成连续一次像因此,连续一次成因此,连续一次成像可以认为是由物像可以认为是由物体绕棱边顺时针旋体绕棱边顺时针旋转转2 2角而形成。角而形成。4.1.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学平行平板:由两个相互平行的折射平面构成的平行平板:由两个相互平行的折射平面构成的 光学元件。光学元件。一、平行平板的成像特性。一、平行平板的成像特性。4.2.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学因为两折射面平行,由两次折射定律因为两折射面平行,由两次折射定律4.2.
11、第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学1 1)光线经平行平板后方向不变:)光线经平行平板后方向不变:2 2)平板是个无光焦度元件,不会使物体放大或)平板是个无光焦度元件,不会使物体放大或缩小,在系统中对光焦度无贡献。缩小,在系统中对光焦度无贡献。光焦度光焦度:当当由于由于 ,说明物体不会被放大,说明物体不会被放大或者缩小。或者缩小。4.2.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学3 3)光线经平行平板后,产生侧向位移)光线经平行平板后,产生侧向位移 和和轴向位移轴向
12、位移4.2.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学在在 中:中:侧向位移侧向位移4.2.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学对轴向位移:对轴向位移:轴向位移轴向位移说明:说明:轴向位移轴向位移 随入射角随入射角 的不同而不同,的不同而不同,即轴上点发出不同孔径的光线经平行平板后与光即轴上点发出不同孔径的光线经平行平板后与光轴的交点不同。这说明同心光束经平行平板后,轴的交点不同。这说明同心光束经平行平板后,变成非同心光束。即平行平板不能成完善像。变成非同心光束。即
13、平行平板不能成完善像。说明了什么?说明了什么?4.2.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学二、平行平板在近轴区域内成像。二、平行平板在近轴区域内成像。1 1、近轴区域内细光束成像。、近轴区域内细光束成像。在近轴区域有在近轴区域有4.2.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学2 2、物理意义:、物理意义:在近轴区域,平行平板的轴向位移只与其厚度在近轴区域,平行平板的轴向位移只与其厚度d d和折和折射率射率n n有关,与入射角无关。则平行平板在近轴以细光束有关,与入
14、射角无关。则平行平板在近轴以细光束成像是完善的。成像是完善的。例题:例题:如图所示的一块平行平板,其厚度如图所示的一块平行平板,其厚度d d为为15mm15mm,玻,玻璃折射率璃折射率n=1.5,n=1.5,经过平行平板折射后,其细光束像点经过平行平板折射后,其细光束像点A A在第二面上。试求其物点离开第一面的位置。在第二面上。试求其物点离开第一面的位置。4.2AAdl解解:根据:根据故物点离开第一个面故物点离开第一个面10mm10mm.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学例题:例题:如图所示的一块平行平板,其厚度为如图所示的
15、一块平行平板,其厚度为d d,玻璃折射,玻璃折射率为率为n,n,入射光线方向为入射光线方向为A,A,当平行平板绕当平行平板绕O O点转过点转过。求光。求光线侧向位移的表达式,并分析点线侧向位移的表达式,并分析点O O的位置对侧向位移有没的位置对侧向位移有没有影响。有影响。解解:根据图可以其侧向位移为:根据图可以其侧向位移为4.2式中式中为入射角,即平行为入射角,即平行平板转过的角度;平板转过的角度;为折为折射角,则射角,则代入有代入有可知旋转中心可知旋转中心O O点的位置对点的位置对侧向位移没有影响侧向位移没有影响BCDdO.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜
16、和平面系统平面镜和平面系统 应用光学 将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件。光学元件。作用:折射光路,转像,侧像和扫描等作用:折射光路,转像,侧像和扫描等一、基本概念。一、基本概念。1 1、反射棱镜反射棱镜:如果将双平面镜如果将双平面镜PQPQ与与PRPR做在同一个玻璃上,以取代做在同一个玻璃上,以取代双平面镜系统,这样的光学零件叫做反射棱镜。若入射光双平面镜系统,这样的光学零件叫做反射棱镜。若入射光束中所有光线在反射面均大于临界角,则该光束会发生全束中所有光线在反射面均大于临界角,则该光束会发生全反射,若光束中有部分光线的入射角小于临界角,则应
17、在反射,若光束中有部分光线的入射角小于临界角,则应在反射面上镀以金属反射膜。反射面上镀以金属反射膜。4.3.第第第第 四四四四 章章章章 平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统平面镜和平面系统 应用光学2 2、光轴光轴:光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光轴,如轴,如AOAO1 1,O,O1 1O O2 2,O,O2 2B B每经一次反射,光轴反生一次转折。每经一次反射,光轴反生一次转折。3 3、光轴截面光轴截面:由光轴所决定的平面称为光轴截面。如由光轴所决定的平面称为光轴截面。如PQRPQR平面,对于复合棱镜,它是由两个或者更多的棱镜组平
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