工程光学讲稿(平面)(完整)
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工程光学课件第03章
第三节 反射棱镜
（二）屋脊棱镜
奇数次反射使得物体成镜像，偶数次反射使物体成原像。 如果需得到与物体一致的像，而又不宜增加反射棱镜时，可用交线位 于棱镜光轴面内的两个相互垂直的反射面取代其中一个反射面，使垂直 于主截面的坐标被这二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。这两个相互垂直的反射面叫做屋脊面，带有屋脊面 的棱镜称为屋脊棱镜。 常用的屋脊棱镜有直角屋脊棱镜、半五角屋脊棱镜、五角屋脊棱镜、 斯密特屋脊棱镜等。
亦即同心光束经平行平板后变成了非同心光束。因此平行
平板不能成完善像。
L2 L1 L1 d
第二节 平行平板
二、平行平板的等效光学系统
平行平板在近轴区内以细光束成像时，由于I1及I1'都很小，其 余弦值可用1代替，于是近轴区内的轴向位移为
l d (1 1 )
n
平行平板在近轴区以细光束成像是
L
完善的。不管物体位置如何，其像 P
2
ß只与α有关
出射光线 不稳定
第二节 平行平板
一、平行平板的成像特性
n1 sin I1 n1 sin I1 n2 sin I2 n2 sin I2
B
n1 n2 1，n1 n2 n
I 2
I2
E
F
I1
nsisninI1I
2
n
s s
in in
I1 I 2
I1 U1 U2
A1( A2 ) A1 A2
（四）棱镜的组合——复合棱镜 1、分光棱镜
第三节 反射棱镜
2、分色棱镜
3、转向棱镜
第三节 反射棱镜
第三节 反射棱镜
第三节 反射棱镜
4、双像棱镜
第三节 反射棱镜
精品课件-工程光学(韩军)-第4章
第4章 平面与平面系统 图4－1 平面镜实物成虚像
第4章 平面与平面系统
根据反射定律AON BON ，可得AP AP ， 且均垂直于平面镜PP ，像点A 对平面镜PP 而言和物点 对称，因光线AO 是任意的，所以由A 点发出的同心光束， 经平面镜反射后，成为一个以A 点为顶点的同心光束，这
就是说，平面镜能对物体成完善像。 比较图 4-1 和图 4-2 还可看到物体经平面镜后，实物
sin I1 nsin I1 n sin I 2 sin I 2
因 两 折 射 面 平 行 ， 所 以 I 2 I1 ，I 2 I1 ， 故 U1 U 2 ，可见出射光线EB 和入射光线AD 相互平
行。即光线经平行平板折射后方向不变。根据放大率公
式
tanU 2 1, 1 1, 2 1
平面反射镜的这一性质可用于测量物体的微小转角或位移。 如图4－5所示，R为刻有标尺的分划板，位于物镜L的前焦面 上，当测杆处于零位时，平面镜处于垂直光轴的状态 M0，此时从标尺零点即F点发出的光束经物镜折射、平面镜反 射之后，沿原路返回，重新聚焦于F点。当测杆被被测物体推 移x而使平面镜绕支点转动了α角后，平面镜处于M1状态，平 行光束被反射后，将偏移光轴2α角，聚焦于标尺的F′点。
第4章 平面与平面系统
平面反射镜的这一性质可用于测量物体的微小转角或位
移。如图 4-5 所示，R 为刻有标尺的分划板，位于物镜L 的
前焦面上，当测杆处于零位时，平面镜处于垂直光轴的状态
M 0 ，此时从标尺零点即F 点发出的光束经物镜、平面镜之 后，沿原路返回，重新聚焦于F 点。当测杆被被测物体推移x 而使平面镜绕支点转动 角，此时，平面镜处于状态M1 ，平 行光束被反射后，将偏移光轴2 角，聚焦于标尺的 F 上。 根据几何关系，测杆的位移量 x ytg ，导致的聚焦点位移
(工程光学教学课件)第3章 平面与平面系统
半透半反膜
蓝光
红光
100%
50%
50%
分光棱镜
白光
ab
绿光
分色棱镜
转像棱镜
➢ 主要特点：出射光轴与入射光轴平行，实现完全倒像，并能折转很 长的光路在棱镜中。
➢ 应用：可用于望远镜光学系统中实现倒像。
x y
z
x
x z y
y z
y z
x x
yz
y z x
a) 普罗I型转像棱镜
b) 普罗II型转像棱镜
图 3-18 转像棱镜
将玻璃平板的出射平面及出射光路HA一起沿光轴平移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。
PA
Байду номын сангаас
EC
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 平行平板的等效空气平板。其厚度为：
Q
H
G
A
A
l
ddld/n
L
B d FD
d
例题：一个平行平板，折射率n=1.5，厚度d，一束会聚光入射，定点为M ，M距平行平板前表面的距离为60mm，若此光束经平行平板成像与M‘， 并且有M’与M相距10/8mm，求厚度d
l' d (1 1 ) n
n=1.5，Δl’=10/8
M M’ d
§3-3 反 射 棱 镜 B
一、反射棱镜的类型
O1
➢ 反射棱镜的概念：
Q
P
将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上
形成的光学元件称为反射棱镜。
➢ 反射棱镜的作用：
O2 A
折转光路、转像和扫描等。
R
➢ 反射棱镜的术语：
(完整版)工程光学(几何光学部分)第3章平面与平面系统
x z
y
x
z y
x′ y′ z′
y′ x′
z′
特点：指向光线传播方向的坐标轴始终沿光线出射方向， 垂直于光轴主截面的坐标方向反向，在主截面内的坐标方向 根据一致像判断。
屋脊棱镜的平面表示方法
（三）、角锥棱镜
由立方体切下一个角而形成的。
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。
K冕牌玻璃：低折射率、低色散QK K PK BaK ZK 等 F火石玻璃：高折射率、高色散KF QF BaF F ZF ZBaF 等
（a）等腰直角棱镜，相 当于一个平面镜。 一次反射 成镜像，光轴转 90 度。
x′ y′ z′
（b）道威棱镜
x
o
z y
o
z' y' x'
x
o
z y
x
o
z y
o
z' y' x'
x' y'
o
z'
潜望镜
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
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。
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。
月球激光测距
1969年7月﹐美国进行第一次载人登月飞行﹐宇航员在月面上安放了第一个后向反射 器装置。它的大小为46厘米见方﹐上面装有100个熔石英材料的后向反射器﹐每个直径为 3.8厘米。这种反射器实际上是一个光学的四面体棱镜。它有一个很有用的特性﹕当一束 光线从第四面射入﹐经过三个直角面依次反射后﹐仍从第四面射出﹐这一特性能保证反射 光讯号沿原发射方向返回地面测站﹐使回波强度大大增加。这样﹐利用面积很小的反射器 组合就可以使地球上收到激光回波﹐而且波形不会因此变宽﹐因而可以达到很高的测距精 度。后向反射器的应用﹐使月球激光测距的精度大大提高。目前﹐在月球上共安放了五个 后向反射器装置﹐地面测距系统也日趋完善。近年来测距精度已达到8厘米左右。
工程光学讲稿(平面)(完整)
n
43 4
人垂直注视水面，看到水底的物体到水面的
距离为3/4d
2. 一层2cm厚的乙醇（n=1.36)浮在4cm的水 （n=1.33）面上，若沿着正入射方向往下看， 水底乙醇上表面的视见深度为多少？
o d
A’ A
解：若把折射平面看成是曲率半径为r=∞的折射面，那么，近轴区平面 折射的物象公式可写成
n' n n'n 0 l' l r n' n l' l
分析： 平板测微器是根据平行平板使光线产生侧向位移这一特点而设计的。
在读数望远镜物镜后而设置一块平行平板。OA’为系统的光轴，当平行平 板垂直于光轴时，轴上物点经物镜所成的像落在A’点。在分划板上通常它 位于刻尺的两条刻线之间，如果要确定它位于一格的百分之几位置，则
可转动测微平板，使像点从A’移到某一点A”而与一条刻线重合由图可见， 平板转过的角度α就是光线在平板第一面的入射角i1。而A’A”就是平板因倾 斜而产生的侧向位移。当α很小时，根据公式
点不同，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。
2、成象特性： 1）光线经平行平板折射后光线方向不变； 2）平行平板不使物体放大或缩小, 其放大率β＝1, 且象与物始终在同一侧； 3）光线经平行平板后虽方向不变，但却要产生一定位移； 4）同心光束经平板后变为非同心光束（平行平板成像是不完善的）， 越大， 不完善程度也越大；
关。因此，平行平板在近轴区以细光束成像是完善的。
例题：一架显微镜已对一个目标调整好物距进行观察，现将一块厚7.5mm， 折射率1.5的平板玻璃压在目标上，问此时通过显微镜还能看清楚目标，如何 调整？
解：由于在显微镜下放入玻璃板厚，必然使原来调好的焦距发生变化，因为 玻璃板的加入，会产生轴向位移使原来清晰的像便的模糊。
工程光学-第三章平面与棱镜
N
q
P
M
b
当双平面镜绕棱线P旋转时，只要保持θ角不变，则 出射光线的方向不变。出射光线发生平移。 2013-5-5 17
哈工大测控技术与质量工程研究所
五角棱镜
要使光路折转 90 °，将两个反射面做成 45 °即可。 2013-5-5 18
哈工大测控技术与质量工程研究所
第三节、反射棱镜
反射棱镜：把多个反射面做在同一块光学材 料（如玻璃）上的光学零件。
2013-5-5 53
如果是在近轴区，上 式可以写为
z d i1 i1 ' 1 d 1 i1 n
如果d、n是常数，则 z 和 i 成正比。
1
2013-5-5
54
经过平行平板后的出射光线和入射光线在光轴方 向上有一位移ΔL′。 设入射光线为同心光束并会 聚于E点（为虚物点） 光线折射后和光轴交于S′点
1. 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，光线在两个折射面之 间的行为等效于一个平行平板。
2013-5-5 23
F
F′
平行光经透镜成像时加一平面镜 平行光经透镜成像于焦点F’上
2013-5-5 24
F
把平面镜换成直角棱镜
2013-5-5 25
A′
A′
互为等效光路
2013-5-5 26
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，不用镀膜。 1，光能损失小。 2，没有反光膜变质，脱落之忧。 3，固定，装调容易。
2013-5-5 19
一、基本定义
ABC---棱镜光轴
棱镜光轴：
光学系统的光轴 在棱镜中的部分
工程光学完整课件1上课讲义
工程光学
本课程的基本情 况
专业基础课
总学时：64 其中：理论学时：48 实验学时：16
教材及参考书
教 材： 《工程光学》 郁道银 谈恒英 机械工业出版社 参考书：《应用光学》 胡玉禧 安连生 中国科技大学出版社
《应用光学》 王文生 华中科技大学出版社
考核方式
闭卷考试 总评成绩比例：卷面70% 实验20% 平时10%
天体
遥远的距离
观察者
光线
发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发 光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传 播方向。
光束
一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光 向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位 相同的点构成的面
称为波面。
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播
方向，波面上的法线束称为光束。
sin I sin I '
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，
如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折
射率也称为绝对折射率，用 n b 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：在真空中光速， v b ：在介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
n ab
va vb
重点：几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿 直线传播。
二、光的独立传播定律
不同的光源发出的光线在空间某点相遇 时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光 的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后 ，各个光束按原方向传播。
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两 种均匀介质的分界面时的定律。
本课程的基本情 况
专业基础课
总学时：64 其中：理论学时：48 实验学时：16
教材及参考书
教 材： 《工程光学》 郁道银 谈恒英 机械工业出版社 参考书：《应用光学》 胡玉禧 安连生 中国科技大学出版社
《应用光学》 王文生 华中科技大学出版社
考核方式
闭卷考试 总评成绩比例：卷面70% 实验20% 平时10%
天体
遥远的距离
观察者
光线
发光点向四周辐射光能量，在几何光学中将发 光点发出的光抽象为带有能量的线，它代表光的传 播方向。
光束
一个位于均匀介质中的发光点，它所发出的光 向四周传播，形成以发光点为球心的球面波。
某一时刻相位 相同的点构成的面
称为波面。
波面上某一点的法线就是这一点上光的传播
方向，波面上的法线束称为光束。
sin I sin I '
nab
n ab :介质 b 对介质 a 的相对折射率，
如果介质 a 为真空，则介质 b 对真空的折
射率也称为绝对折射率，用 n b 表示
也可表述为：
nb
c vb
C：在真空中光速， v b ：在介质 b 中光速
两个介质的相对折射率可以用光在该介质中的速度表示
n ab
va vb
重点：几何光学基本定律
一、光的直线传播定律
在各向同性的均匀透明介质中，光线沿 直线传播。
二、光的独立传播定律
不同的光源发出的光线在空间某点相遇 时，彼此互不影响。在光线的相会点上，光 的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后 ，各个光束按原方向传播。
三、折射和反射定律
光的折射和反射定律研究光传播到两 种均匀介质的分界面时的定律。
工程光学基础演示文稿
f '目 18mm
第十四页，共70页。
将图4-7的望远镜系统简化，把物镜、目 镜当作薄透镜处理，暂不考虑棱镜并拉直光 路，则得图4-8。
第十五页，共70页。
l’z 图（4－8）
两个光学系统联用共同工作时，大多遵从光 瞳衔接原则，即前面系统的出瞳和后面系统的 入瞳重合。双目望远系统是与人眼联用的，人 眼的入瞳就是瞳孔，这样，满足光瞳衔接原则 的望远镜系统其出瞳应该在目镜后，而且应离
从而达到调节光能量以适应外界不同的照明
条件。显然可变光阑不能放在镜头L上，否则
的大小就不A可1A变2 了。
片光框线被B遮1B拦2的，大底小片确就定不的能。感超光出。底片框的范围，
第六页，共70页。
在光学系统中，不论是限制成像光束口径、 或者是限制成像范围的光孔或框，都统称为 “光阑”。
限制进入光学系统的成像光束口径的光阑 称为“孔径光阑” ，例如照像系统中的可变 光阑 A 就是孔径光阑。
情况。
第三十五页，共70页。
思路：
A B1 B2
A'点（实物成实像）。
B'1点 B'点2
清晰是指接受器（如人眼）觉察不出像质
就z'1仍可z'2认为远景、近景“清晰”。
第三十六页，共70页。
决定景z'1深z。'2
远 远景深度， 近 近景深度。 远 近 总景深
z'1 z'2
第三十七页，共70页。
2' 0.0006弧度
调焦至2.3米处时得 :
'近 0.28米 '远 0.37米
p近 2.02米 p远 2.67米
几点结论：
1. 入瞳 2a （
工程光学第三章平面与平面系统
本章内容：
平面镜成像 平行平板 反射棱镜 折射棱镜与光楔 光学材料
本章重点： ★ 反射棱镜成像方向的确定 ★ 等效空气平板 ★ 光楔
第一节 平面镜成像
一、平面镜成像 平面反射镜又称平面镜，是光学系统中最简单、而 且也是唯一能成完善像的光学元件，即同心光束经平 面镜反射后仍为同心光束。
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： （3-9） d d - l ' d n
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 ( 也可能由棱镜展开而成 )，可将其等效为空气平 板，这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，然后再沿轴向移动一个轴向位移Δl’，就得 到有平行平板时的实际像面位置，即
I2 I'1
E
I'2
B
-U'1 -U1 -U'2 ▲ 出射光线 EB 和入射光线 o2 A A'2 o1 AD 相互平行 , 光线经平行平板 A'1 折射后方向不变，但EB相对于 n2'=1 n1=1 AD平行移动了一段距离DG。 ▲平行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。
如果光学系统的会聚或发散光路中有平行平板也可能由棱镜展开而成可将其等效为空气平板这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然后再沿轴向移动一个轴向位移可将其等效为空气平板这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然后再沿轴向移动一个轴向位移l就得到有平行平板时的实际像面位置即就得到有平行平板时的实际像面位置即ndldd???12dlll???310反射棱镜将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件称为反射棱镜
工程光学讲稿(平面)知识讲解
y
y＝ f 'tg2θ ≈ 2f 'θ 若平面镜转动是由测微杆引起得，设测杆到支点的距离微a，测杆的移动量 为 x, 则tgθ≈θ＝x/a, 代入上式，得：y =(2f '/a)x =Kx
三、双平面镜成像
性质：在双平面镜系统中，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α。 N
β α
所以有
β=2 α
§3.2 平行平板
一、平行平板的成像特性
1、平行平板的定义：由二个互相平行的折射平面构成的光学元件。
r1 r2 透镜 平行平板 I2 I1' sIi1 n n sIi1 ' n n sIi2 n sIi2 'n
∴ I1 I2' ，或 U1 U2' 即：出射线与入射线始终平行。
工程光学讲稿(平面)
利用棱镜或平面镜的旋转，就可以 观察到四周的情况，如图中的周视瞄准 镜。 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； 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。
分析： 平板测微器是根据平行平板使光线产生侧向位移这一特点而设计的。
在读数望远镜物镜后而设置一块平行平板。OA’为系统的光轴，当平行平 板垂直于光轴时，轴上物点经物镜所成的像落在A’点。在分划板上通常 它位于刻尺的两条刻线之间，如果要确定它位于一格的百分之几位置，则
可转动测微平板，使像点从A’移到某一点A”而与一条刻线重合由图可 见，平板转过的角度α就是光线在平板第一面的入射角i1。而A’A”就是 平板因倾斜而产生的侧向位移。当α很小时，根据公式
y＝ f 'tg2θ ≈ 2f 'θ 若平面镜转动是由测微杆引起得，设测杆到支点的距离微a，测杆的移动量 为 x, 则tgθ≈θ＝x/a, 代入上式，得：y =(2f '/a)x =Kx
三、双平面镜成像
性质：在双平面镜系统中，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α。 N
β α
所以有
β=2 α
§3.2 平行平板
一、平行平板的成像特性
1、平行平板的定义：由二个互相平行的折射平面构成的光学元件。
r1 r2 透镜 平行平板 I2 I1' sIi1 n n sIi1 ' n n sIi2 n sIi2 'n
∴ I1 I2' ，或 U1 U2' 即：出射线与入射线始终平行。
工程光学讲稿(平面)
利用棱镜或平面镜的旋转，就可以 观察到四周的情况，如图中的周视瞄准 镜。 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； 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。
分析： 平板测微器是根据平行平板使光线产生侧向位移这一特点而设计的。
在读数望远镜物镜后而设置一块平行平板。OA’为系统的光轴，当平行平 板垂直于光轴时，轴上物点经物镜所成的像落在A’点。在分划板上通常 它位于刻尺的两条刻线之间，如果要确定它位于一格的百分之几位置，则
可转动测微平板，使像点从A’移到某一点A”而与一条刻线重合由图可 见，平板转过的角度α就是光线在平板第一面的入射角i1。而A’A”就是 平板因倾斜而产生的侧向位移。当α很小时，根据公式
工程光学讲稿(平面)(完整)课件
详细描述
折射望远镜使用透镜作为主反射镜，能够观测可见光波段的天体。反射望远镜使用凹面反射镜作为主反射镜，能够观测红外线和射电波段的天体。射电望远镜则专门用于观测射电波段的天体。
01
02
03
04
总结词
摄影镜头是一种光学仪器，用于拍摄照片或录制视频。
总结词
摄影镜头的种类繁多，根据用途和功能可分为多种类型，如定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头等。
光的衍射
平面镜与透镜
平面镜是反射面为平面的镜子，具有反射光线的能力，且入射角等于反射角。
用于日常生活、光学仪器和科学实验中，如化妆镜、眼镜、显微镜、望远镜等。
平面镜的用途
平面镜的性质
中间厚边缘薄的透镜，具有汇聚光线的能力，可以用于制作放大镜、显微镜、望远镜等。
凸透镜Βιβλιοθήκη 凹透镜透镜的焦距中间薄边缘厚的透镜，具有发散光线的能力，可以用于制作近视眼镜、散光眼镜等。
光学仪器在科研领域的应用也十分广泛，主要用于物理、化学、生物等学科的研究。例如，利用光谱仪研究物质的结构和性质，使用干涉仪测量微小距离和角度，以及通过光学仪器观测天体和微观粒子等。
科研中常用的光学仪器还包括分光仪、干涉仪、光谱分析仪等，这些仪器在推动学科发展和科技进步方面发挥着重要作用。
光的干涉与衍射实验
通过双缝干涉实验，观察光波的干涉现象，了解干涉的条件和特点。
双缝干涉实验是研究光波干涉现象的基础实验之一。在实验中，通过调整光源、双缝和屏幕的距离，观察到明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的间距和双缝的间距，可以计算出光波的波长。
通过圆孔衍射实验，观察光波的衍射现象，了解衍射的条件和特点。
工程光学应用
光学仪器在工业中应用广泛，主要用于检测、测量和控制等方面。例如，利用光学显微镜对产品表面进行微观检测，使用激光测量仪对生产线上的产品进行高精度测量，以及通过光束控制系统实现自动化生产。
折射望远镜使用透镜作为主反射镜，能够观测可见光波段的天体。反射望远镜使用凹面反射镜作为主反射镜，能够观测红外线和射电波段的天体。射电望远镜则专门用于观测射电波段的天体。
01
02
03
04
总结词
摄影镜头是一种光学仪器，用于拍摄照片或录制视频。
总结词
摄影镜头的种类繁多，根据用途和功能可分为多种类型，如定焦镜头、变焦镜头、鱼眼镜头等。
光的衍射
平面镜与透镜
平面镜是反射面为平面的镜子，具有反射光线的能力，且入射角等于反射角。
用于日常生活、光学仪器和科学实验中，如化妆镜、眼镜、显微镜、望远镜等。
平面镜的用途
平面镜的性质
中间厚边缘薄的透镜，具有汇聚光线的能力，可以用于制作放大镜、显微镜、望远镜等。
凸透镜Βιβλιοθήκη 凹透镜透镜的焦距中间薄边缘厚的透镜，具有发散光线的能力，可以用于制作近视眼镜、散光眼镜等。
光学仪器在科研领域的应用也十分广泛，主要用于物理、化学、生物等学科的研究。例如，利用光谱仪研究物质的结构和性质，使用干涉仪测量微小距离和角度，以及通过光学仪器观测天体和微观粒子等。
科研中常用的光学仪器还包括分光仪、干涉仪、光谱分析仪等，这些仪器在推动学科发展和科技进步方面发挥着重要作用。
光的干涉与衍射实验
通过双缝干涉实验，观察光波的干涉现象，了解干涉的条件和特点。
双缝干涉实验是研究光波干涉现象的基础实验之一。在实验中，通过调整光源、双缝和屏幕的距离，观察到明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的间距和双缝的间距，可以计算出光波的波长。
通过圆孔衍射实验，观察光波的衍射现象，了解衍射的条件和特点。
工程光学应用
光学仪器在工业中应用广泛，主要用于检测、测量和控制等方面。例如，利用光学显微镜对产品表面进行微观检测，使用激光测量仪对生产线上的产品进行高精度测量，以及通过光束控制系统实现自动化生产。
工程光学完整课件1
述观点
光学测量技 术的特点与 优势 光学 测量技术的
应用
光学测量技术的应 用
光学测量技 术在工业领
域的应用
输入你的正文，文 字是您思想提炼请 尽量言简意赅的阐
述观点
光学测量技 术在医疗领
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述观点
光学测量技 术在军事领
域的应用
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实践环节的安排与要求
实验课程设置：包括实验项目、 实验内容、实验目的等
实验要求：实验前的准备、实验 过程中的注意事项、实验报告的 撰写等
添加标题
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实验时间安排：每周实验时间、 实验周期等
实践环节的考核方式：考核内容、 考核方式、评分标准等
YOUR LOGO
THANK YOU
实验设备：光学仪器、光 源、光电探测器等
实验步骤：搭建实验装置、 调整光学参数、记录实验 数据、分析实验结果
注意事项：遵守实验室规 定，注意安全操作，保护 光学仪器
实验设备与操作方法
实验设备介绍：包括光学实验箱、显微镜、望远镜等 操作方法演示：通过图文并茂的方式展示实验步骤和操作技巧 注意事项提醒：强调实验过程中的安全问题和注意事项 实验报告撰写：说明实验报告的撰写方法和要求
述观点
光学检测技术的种类与特点
干涉测量技术：利用光的干涉现象进行测量，具有高精度、高分辨率 和高灵敏度的特点。
衍射测量技术：利用光的衍射现象进行测量，具有测量范围广、测 量精度高和抗干扰能力强的特点。
光学显微技术：利用光学显微镜对微小物体进行观察和测量，具有直 观、快速和简便的特点。
光学测量技 术的特点与 优势 光学 测量技术的
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实践环节的安排与要求
实验课程设置：包括实验项目、 实验内容、实验目的等
实验要求：实验前的准备、实验 过程中的注意事项、实验报告的 撰写等
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实验时间安排：每周实验时间、 实验周期等
实践环节的考核方式：考核内容、 考核方式、评分标准等
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实验设备：光学仪器、光 源、光电探测器等
实验步骤：搭建实验装置、 调整光学参数、记录实验 数据、分析实验结果
注意事项：遵守实验室规 定，注意安全操作，保护 光学仪器
实验设备与操作方法
实验设备介绍：包括光学实验箱、显微镜、望远镜等 操作方法演示：通过图文并茂的方式展示实验步骤和操作技巧 注意事项提醒：强调实验过程中的安全问题和注意事项 实验报告撰写：说明实验报告的撰写方法和要求
述观点
光学检测技术的种类与特点
干涉测量技术：利用光的干涉现象进行测量，具有高精度、高分辨率 和高灵敏度的特点。
衍射测量技术：利用光的衍射现象进行测量，具有测量范围广、测 量精度高和抗干扰能力强的特点。
光学显微技术：利用光学显微镜对微小物体进行观察和测量，具有直 观、快速和简便的特点。
工程光学(平面与平面系统)
特点：像与物上、下同向，但左右却颠倒，它可通过奇次反射得到。 ② 一致像：物为右手坐标，像也为右手坐标，即物与像是完全一致的，它
可通过偶次反射来得到。
总结：（1）奇数次反射成镜像，偶数次反射成与物一致的像。 （2）当物体旋转时，其像反方向旋转相同的度数。
二、平面镜旋转
重要特性：当入射光方向不变，而平面镜旋转时，反射光线的方向将会改变。 若平面镜转过角α，反射光线将转过2α=θ角。 θ＝AOA’’ － AOA’ ＝2（AON － AON1） ∵ AON － AON1 ＝ α
解：若把折射平面看成是曲率半径为r=∞的折射面，那么，近轴区平面 折射的物象公式可写成
n' l' n' l'
n l n l
n ' n r
0
空气 Ⅱ面 d Ⅰ面 -l1 A2’ A A1’ 乙醇
n2’
n2=n1’ -l’2 n1 -l’1 -l2
设水底有物点A，经水、乙醇交界面（平面Ⅰ） 折射后成像为A’，
x’ o’ y’ z’
镜系统的转像情况。
例2：若将直角棱镜换成屋脊棱镜，则情况由是如何？ 例3：如果在系统加上一组透镜系统情况由将如何？
y y x o
z
x
o
z
y’ x’ o’ z’ x’ o’ y’ z’ y’’
x’’
o’’ z’’ y’’’ x’’’ z’’’ o’’’
三、反射棱镜的等效作用与展开
显微镜应向上抬起2.5mm，才可使像清晰。
－l Δl‘ －l
3、应用：将平行玻璃平板简化为一个等效空气平板。
d d l' d / n
举例：1. 一人站在游泳池旁，垂直注视池底物体，试问物体的视见位置要 比实际位置高多少？（水的折射率为4/3） 解：设游泳池水的实际深度为d，有池底物点A发出的光线，经过水平面折 射后，像点A’相对物点A产生了轴向位移。
工程光学讲稿(平面)
∆T = DG = DE sin( I1 − I1' ) =
d sin( I1 − I1' ) cos I1'
Q sin ( I1 − I1' ) = sin I1 cos I1' − cos I1 sin I1'
，
1 Q sin I1 = n sin I ⇒ sin I = sin I1 n d d ' ∴ ∆T = sin( I1 − I1 ) = (sin I1 cos I1' − cos I1 sin I1' ) cos I1' cos I1'
2、成象特性： 、成象特性： 1）光线经平行平板折射后光线方向不变； ）光线经平行平板折射后光线方向不变； 2）平行平板不使物体放大或缩小, 其放大率 ＝1, 且象与物始终在同一侧； ）平行平板不使物体放大或缩小 其放大率β＝ 且象与物始终在同一侧； 3）光线经平行平板后虽方向不变，但却要产生一定位移； ）光线经平行平板后虽方向不变，但却要产生一定位移； 4）同心光束经平板后变为非同心光束（平行平板成像是不完善的）， ）同心光束经平板后变为非同心光束（平行平板成像是不完善的）， 不完善程度也越大； 不完善程度也越大； 5）轴上点近轴光经平板成象是完善的。 ）轴上点近轴光经平板成象是完善的。 越大， 越大，
即像与物相对于平面镜来讲 是对称的。 是对称的。 放大率公式： ② 放大率公式：
-l l’
这说明正立的像与物等距离的分布在镜面的二边，大小相等，虚实相反。 这说明正立的像与物等距离的分布在镜面的二边，大小相等，虚实相反。 因此，像与物完全对称于平面镜。 因此，像与物完全对称于平面镜。
3、镜像与一致像 、 ①所谓镜像是指若物为右手坐标，像为左手坐标，这种像叫为镜像。 所谓镜像是指若物为右手坐标，像为左手坐标，这种像叫为镜像。
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l'd(11)7.5(11)2.5mm
M
Q
O1
-I1 I’’1 I2 -I’’2
A
O2
R
α
P
△O1O2M，有
(- I1 + I''1) = ( I2 - I’’2 )+β ,
N β
根据反射定律：
α
M
I1 = I”1 ; I2 = I’’2 β ＝2 ( I’’1 - I2 ) 在△O1O2N中，有
Q
O1
A -I1 I’’1 O2
R
α
P
I”1=α＋I2 ，α＝ I”1 - I2
所以有
β=2 α
§3.2 平行平板
一、平行平板的成像特性
1、平行平板的定义：由二个互相平行的折射平面构成的光学元件。
r1 r2 透镜 平行平板 I2 I1' sIi1 n n sIi1 ' n n sIi2 n sIi2 'n
∴ I1 I2' ，或 U1 U2' 即：出射线与入射线始终平行。
（2）当物体旋转时，其像反方向旋转相同的度数。
二、平面镜旋转
重要特性：当入射光方向不变，而平面镜旋转时，反射光线的方向将会改变。 若平面镜转过角α，反射光线将转过2α=θ角。
θ＝AOA’’ － AOA’ ＝2（AON － AON1） ∵ AON － AON1 ＝ α ∴ θ＝2α
应用：测量微小角度或位移。
nl ' n'l
l' l n' n
1
这说明正立的像与物等距离的分布在镜面的二边，大小相等，虚实相反。 因此，像与物完全对称于平面镜。
3、镜像与一致像 ①所谓镜像是指若物为右手坐标，像为左手坐标，这种像叫为镜像。
特点：像与物上、下同向，但左右却颠倒，它可通过奇次反射得到。 ② 一致像：物为右手坐标，像也为右手坐标，即物与像是完全一致的，它 可通过偶次反射来得到。 总结：（1）奇数次反射成镜像，偶数次反射成与物一致的像。
n1=1
ΔL ’
n2=n1’=n
n2’=1
tgU2' 1 1 1 2 1
tgU1
这表明，平行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。
由于出射光线与人射光线不重合，产生侧向位移ΔT＝DG和轴向位移
ΔL’＝AA’2，在ΔDEG和ΔDEF中，DE为公共边，所以
5）轴上点近轴光经平板成象是完善的。
二、平行平板的等效光学系统
1、平行平板在近轴区内以细光束成像时，近轴区内的轴向位移为：
L ' d ( 1 t1 g ') I l' d(1 1) (t1 g ' s II 1 i' n 1 )
t1 gI
n t1 gsII i1n n
2、在近轴区，平行平板的轴向位移只与其厚度d和折射率n有关，与入射角无
教学要求
掌握平面成像的原理、平行平板成像的特性； 掌握反射棱镜成像原理及在光路中的作用； 理解折射棱镜及光楔在光路中的，以满足不同的成像要求，例如 望远镜和显微镜等，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。
TDGDEsinI(1 I1')codsI1' sinI(1I1')
sin(I1I1')sinI1co sI1' co sI1sinI1'
，
sinI1 nsinI1'
sinI1'
1 nsinI1
T
codsI1'
sinI(1
I1')
d co sI1'
(sinI1co
sI1'
co
sI1sinI1')
目前使用的军用观察望远镜，由于在系统中使用了棱镜，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。
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。
利用棱镜或平面镜的旋转，就可以 观察到四周的情况，如图中的周视瞄准 镜。 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； 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。
点不同，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。
2、成象特性： 1）光线经平行平板折射后光线方向不变； 2）平行平板不使物体放大或缩小, 其放大率β＝1, 且象与物始终在同一侧； 3）光线经平行平板后虽方向不变，但却要产生一定位移； 4）同心光束经平板后变为非同心光束（平行平板成像是不完善的）， 越大， 不完善程度也越大；
关。因此，平行平板在近轴区以细光束成像是完善的。
例题：一架显微镜已对一个目标调整好物距进行观察，现将一块厚7.5mm， 折射率1.5的平板玻璃压在目标上，问此时通过显微镜还能看清楚目标，如何 调整？
解：由于在显微镜下放入玻璃板厚，必然使原来调好的焦距发生变化，因为 玻璃板的加入，会产生轴向位移使原来清晰的像便的模糊。
y
y＝ f 'tg2θ ≈ 2f 'θ 若平面镜转动是由测微杆引起得，设测杆到支点的距离微a，测杆的移动量 为 x, 则tgθ≈θ＝x/a, 代入上式，得：y =(2f '/a)x =Kx
三、双平面镜成像
性质：在双平面镜系统中，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α。 N
β α
T
d
sin
I1 (1
cos I1
n cos
I
' 1
)
轴向位移由图可知：
L'
T sin I1
d (1
cos I1
n cos
I
' 1
)
由折射定律：
(n
sin I1
sin
I
' 1
)
L'
d (1
tgI
' 1
)
tgI 1
该式表明，轴向位移ΔL’随入射角I1(即孔径角U1)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
§3.1 平面镜成像
一、平面镜成像
1、平面镜的成像特性
平面镜是最常用的光学元件之一，也是最简单并能成完善像的唯一一个光 学元件。
2、物像位置关系及放大率公式
① 物像位置关系式：
r=∞
n' n n' n l' l r n' n , r l' l
即像与物相对于平面镜来讲
是对称的。
-l
l’
② 放大率公式：