1、2022-7-261中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-262中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-263中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院APO QBA2022-7-264中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院PQx y zyxz采用右手坐标法则O 中指代表中指代表Z轴轴O大拇指代表大拇指代表X轴轴食指代表食指代表Y轴轴2022-7-265中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-266中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院PPP1O1A2O
2、2q qAA1(A2)2022-7-267中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-268中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院PQPQOANNAA22022-7-269中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院QPAABA”2022-7-2610中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院MAAMH HL1PPa支点测杆a)2022-7-2611中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院PP测杆aMAAML1HHF-fb)2022-7-2612中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022
3、-7-2613中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院O2O1q qq qb bPPPAMNI1I1I2I22022-7-2614中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2615中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2616中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 2022-7-2617中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2618中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院IsinnIsin11IsinIsinn2221II12IsinIsin12II12
4、UU2022-7-2619中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院IIsinABZ11IcosdAB12022-7-2620中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院11221111sinsincos1cossinIInIdIIIdZ2022-7-2621中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院11111indiidz2022-7-2622中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院设入射光线为同心光束并会设入射光线为同心光束并会聚于聚于E点（为虚物点）点（为虚物点）光线折射后和光线交于光线折射后和光线交于S点点1AFctgIdFKBF
5、 LdtgIAF1111tgItgId L2022-7-2623中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2624中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院nd l112022-7-2625反射棱镜：把多个反射面作在同一块光学反射棱镜：把多个反射面作在同一块光学材料（如玻璃）上的光学零件材料（如玻璃）上的光学零件。注：光线在棱镜反射面上的入射角大于注：光线在棱镜反射面上的入射角大于临界角时，在反射面发生全反射，不镀膜临界角时，在反射面发生全反射，不镀膜2022-7-2626中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院BAC光学系光学系统的光
6、轴在棱镜统的光轴在棱镜中的部分中的部分ABC-ABC-棱镜光轴棱镜光轴棱镜光轴的几棱镜光轴的几何长度；何长度；AB+BC=棱镜光轴长度棱镜光轴长度2022-7-2627中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2628中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2629中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院二、棱镜的等效作用与展开二、棱镜的等效作用与展开、等效作用与展开方法、等效作用与展开方法 1.等效作用反射棱镜有两个折射等效作用反射棱镜有两个折射面和若干反射面，若不考虑反射面，面和若干反射面，若不考虑反射面，光线在两个
7、折射面之间的行为光线在两个折射面之间的行为等效于等效于一个平行平板一个平行平板2022-7-2630中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院平行光经透镜成像于焦点平行光经透镜成像于焦点F上上平行光经透镜成像时加一平面镜平行光经透镜成像时加一平面镜2022-7-2631中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院把平面镜换成直角棱镜把平面镜换成直角棱镜2022-7-2632中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院对于这种光路的等效光路等效光路2022-7-2633中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 把棱镜的光轴截面沿着它把棱镜的光
8、轴截面沿着它的反射面展开，取消棱镜的的反射面展开，取消棱镜的反射，以平行玻璃板的折射反射，以平行玻璃板的折射代替棱镜折射的方法称为代替棱镜折射的方法称为“棱镜的展开”2.棱镜的展开2022-7-2634中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院(1).为了使棱镜和共轴球面系统组合后，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，必须对仍能保持共轴球面系统的特性，必须对棱棱镜的结构提出一定的镜的结构提出一定的要求要求：a棱镜展开后玻璃板的两个表面棱镜展开后玻璃板的两个表面必必须平行须平行。b如果棱镜位于会聚光束中，则光如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必须和棱镜的入射及出
9、射表面相轴必须和棱镜的入射及出射表面相垂垂直直。2022-7-2635中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院(2).展开方法利用棱镜反射面的性质，展开方法利用棱镜反射面的性质，将转折的光路拉直。将转折的光路拉直。即：按入射光线的顺序，以反即：按入射光线的顺序，以反射面为镜面，求其对称像，并射面为镜面，求其对称像，并依次画出反射棱镜的展开图依次画出反射棱镜的展开图。2022-7-2636中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2637中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2638中国计量学院计量测试工程学院中国计量学
10、院计量测试工程学院 平行平板的厚度就是反射棱镜的平行平板的厚度就是反射棱镜的展开长度展开长度或称或称光轴长度光轴长度（L）。）。展开后应先找到棱镜限制光束的位置，展开后应先找到棱镜限制光束的位置，再求尺寸，即再求尺寸，即棱镜通光光束的口径棱镜通光光束的口径（D）。2022-7-2639中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院光路计算中，棱镜等效平行平板的厚度光路计算中，棱镜等效平行平板的厚度L为棱镜光轴长度，设棱镜的通光光束为棱镜光轴长度，设棱镜的通光光束口径为口径为D，则，则DkLk 取决于棱镜的结构形式，与棱镜的大取决于棱镜的结构形式，与棱镜的大小无关，称为小无关，称为棱镜
11、的结构参数棱镜的结构参数。2022-7-2640中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2641中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院1.直角棱镜展开 一次反射时 L棱镜的光轴长度，D入射光束口径2022-7-2642中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院二次反射时，L棱镜的光轴长度，D 入射光束口径2022-7-2643中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2.道威棱镜展开必须注意，这类棱镜因为光轴不垂直于棱镜面入射，故只能用在平行光束平行光束中 11222nnDL11222nnk2022-7-2644中国计
12、量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院3.半五角棱镜展开DL221707.1221k2022-7-2645中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院4.等腰棱镜展开2bctgDctgDL2bctgk2022-7-2646中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院5.五角棱镜展开DL22414.322k2022-7-2647中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院B ACABDDL21414.221k6.斯密特棱镜展开2022-7-2648中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 屋脊棱镜 如果如果在不改变光轴方向和主截面内
13、成像方向的在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下条件下需要得到物体的一致像而又不想增加反射棱需要得到物体的一致像而又不想增加反射棱镜时，怎么办？镜时，怎么办？可用交线位于光轴面内的两个相互垂直的可用交线位于光轴面内的两个相互垂直的反射面反射面来取代来取代其中的一个反射面，使垂直于主其中的一个反射面，使垂直于主截面内的坐标被这两个相互垂直的反射面依次截面内的坐标被这两个相互垂直的反射面依次反射而改变方向，从而得到物体的反射而改变方向，从而得到物体的一致像。一致像。4-5 屋脊面和屋脊棱镜屋脊面和屋脊棱镜2022-7-2649中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院这种两个互相
14、垂直的反射面称为屋脊面，而带有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜。直角棱镜直角棱镜屋脊棱镜屋脊棱镜两个互相垂两个互相垂直的反射面直的反射面称为屋脊面称为屋脊面2022-7-2650中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2651中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院直角棱镜反射屋脊棱镜反射yxzoo1o1z1y1x1yozxoyA1B1C1D1A2B2F2C2E2D2z2o2y2x2o2oy2022-7-2652中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2653中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7
15、-2654中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2655中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2656中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2657中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2658中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院zoxyzoxyzoxyzyox2022-7-2659中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 直角棱镜使光线折转直角棱镜使光线折转9090等腰棱镜使光线折转任意角度。等腰棱镜使光线折转任意角度。二者的特点
16、是：入射面、出射面与光轴垂二者的特点是：入射面、出射面与光轴垂直。直。道威棱镜，入射面、出射面与光轴不垂直。道威棱镜道威棱镜9090旋转后，像旋转旋转后，像旋转180180。道威棱镜道威棱镜:绕光轴旋转绕光轴旋转 角，其对应的反射像同角，其对应的反射像同方向方向2 2 旋转角旋转角。2022-7-2660中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 成镜像；成镜像；在主截面内坐标方向改在主截面内坐标方向改变，垂直于光轴截面内坐标方变，垂直于光轴截面内坐标方向不变。向不变。2022-7-2661中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2662中国计量学院
17、计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2663中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2664中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2665中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 以上几种棱镜两反射面之间的夹角有为：以上几种棱镜两反射面之间的夹角有为：22.5、30 、45 、90 和和180。也使光线折转也使光线折转45 、60 、90 、190 和和360。其中：五角棱镜和直角棱镜多用于显微镜其中：五角棱镜和直角棱镜多用于显微镜观察系统，使光线折转，便于观察。观察系统，使光线折转，便于观察。
18、斜方棱镜使光轴平移，多用于双目镜仪斜方棱镜使光轴平移，多用于双目镜仪器中，调节目距。器中，调节目距。2022-7-2666中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院二次反射成像的特点二次反射成像的特点：成一致像；成一致像；入射光线与出射光线之入射光线与出射光线之间的夹角取决于两反射面之间的夹角取决于两反射面之间的夹角。间的夹角。2022-7-2667中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院光路在棱镜光路在棱镜中的光路很中的光路很长，可以折长，可以折叠光路，使叠光路，使仪器紧凑。仪器紧凑。入射光线入射光线与出射光线与出射光线之间的夹角之间的夹角为为45452022-
19、7-2668中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院反射棱镜的作用之一潜望镜光路图1旋转直角棱镜2物镜3场镜4透镜转像5道威棱镜6直角棱镜7分划板8目镜2022-7-2669中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院由立方体切下一个角而形成的。2022-7-2670中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院角锥棱镜特点角锥棱镜特点1、三个反射工作面、三个反射工作面相互垂直，底面是相互垂直，底面是一等腰三角形，为一等腰三角形，为棱镜的入射面和出棱镜的入射面和出射面。射面。2022-7-2671中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院20
20、22-7-2672中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2673中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2674中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院 由两个以上的棱镜组合起来由两个以上的棱镜组合起来形成，可以实现一些特殊或者单形成，可以实现一些特殊或者单个棱镜难以实现的功能。个棱镜难以实现的功能。2022-7-2675中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2676中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2677中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计
21、量测试工程学院（c）分光棱镜2022-7-2678中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院（d）分色棱镜2022-7-2679中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院（e）转像棱镜2022-7-2680中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2681中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院成像方向的规则如下成像方向的规则如下1）x轴：经平面镜与棱镜系统反射后，轴：经平面镜与棱镜系统反射后，其光轴出射方向即是其光轴出射方向即是x 的方向。的方向。（2）z轴：其反射后的方向由屋脊面的个轴：其反射后的方向由屋脊面的个数而定
22、：当没有屋脊面或屋脊面为偶数时，数而定：当没有屋脊面或屋脊面为偶数时，z方向与方向与z方向相同；当屋脊面为奇数时，方向相同；当屋脊面为奇数时，z 方向与方向与z方向相反。方向相反。（3）y 成镜像；若总反射次数为偶数，成成镜像；若总反射次数为偶数，成一致像；一致像；2022-7-2682中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院3.5折射棱镜与光楔折射棱镜：折射棱镜的棱、折射角、主截面折射棱镜：折射棱镜的棱、折射角、主截面一、折射棱镜的偏折一、折射棱镜的偏折1、偏向角、偏向角的定义及符号规定的定义及符号规定（图图3-22）：2、偏向角、偏向角的计算：的计算：3、最小偏向角、最小偏
23、向角m及其应用及其应用（图图3-23）：1212()co s2sinsin()22co s2IInIIsinsin22mn2022-7-2683中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院二、光楔及其应用：1、定义：、定义：折射角很小的棱镜折射角很小的棱镜2、偏向角公式：、偏向角公式：3、应用：、应用：双光楔螺旋测微双光楔螺旋测微（图图3-25）双光楔移动测微双光楔移动测微（图图3-26）(1)n2022-7-2684中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院三、棱镜色散三、棱镜色散1、色散：、色散：白光经棱镜后将分解成各种色光白光经棱镜后将分解成各种色光2、色散曲线
24、：、色散曲线：（图图3-27）3、白光光谱：、白光光谱：（图图3-28）2022-7-2685中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2686中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院三、最小偏向角及其应用：三、最小偏向角及其应用：由上可知，若入射光不变，棱镜转动，出射光随I1而变由12II得2111d Idd Id I由11sinsinInI22sinsinInI 得1111coscosI dInI dI2222coscosI dInI dI 又12II所以12dIdI212112coscoscoscosdIIIdIII10ddI由上得1212co
25、scos1coscosIIII即2121coscoscoscosIIII比较2121sinsinsinsinIInII只有12II 12II 时，为极小值最小偏向角最小偏向角此时m in1sinsin22n2022-7-2687中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2688中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院双光楔螺旋测微双光楔螺旋测微=2（n-1）=0=-2（n-1）当两主截面夹角为当两主截面夹角为 时，其偏角的大小计算方法如下：时，其偏角的大小计算方法如下：=2（n-1）cos/22022-7-2689中国计量学院计量测试工程学院中国计量
26、学院计量测试工程学院双光楔移动测微双光楔移动测微yz出射光线相对于入射光线在垂轴方向上产生的平移为：出射光线相对于入射光线在垂轴方向上产生的平移为：y=z=(n-1)z 2022-7-2690中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2691中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院2022-7-2692中国计量学院计量测试工程学院中国计量学院计量测试工程学院3.5光学材料 总体要求：折射材料对工作波段有良好的透过率，反射元件对总体要求：折射材料对工作波段有良好的透过率，反射元件对工作波段有很高的反射率。工作波段有很高的反射率。一、透射材料的光学性质一、透射材料的光学性质1、光学材料的分类、光学材料的分类2、光学特性：、光学特性：平均折射率、平均色散、阿贝常数（平均色散系数平均折射率、平均色散、阿贝常数（平均色散系数）、部分色散、相对色散）、部分色散、相对色散 二、反射材料的光学特性二、反射材料的光学特性
