光学设计ZEMAX复习概要

Chapter1
2009.3
共轴球面系统和棱镜系统组合
1、配合次序不是任意的 如果共轴球面系统的光轴和棱镜的入射表面不垂直(例如立方棱镜)， 则该棱镜 只能放在平行光束中，否则将破坏系统的共轴性。 2、必须考虑平行玻璃板产生的像面位移。
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光学系统中的光阑与光束限制
光阑
三、对棱镜的要求 1、棱镜展开后应该是一块平行玻璃板
2、如果棱镜位于会聚光束中，光轴必须 和棱镜的入射及出射表面相垂直。
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典型棱镜展开
B 1、直角棱镜 在平行光路中使用
在平行光路中只需 满足第一个条件： 展开开后成平行玻璃板 即 AB//AC 则 ABC ACB ACB 是 ACB 折过过去的，二者相等 ABC ACB 只要满要 满足 两角相等 保证 AB//AC，不一定 为45， A 也不一定为不一定
二、棱镜的展开——研究棱镜成像性质的方法
直角棱镜 主截面：和各个棱相垂直的截面
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1 2 3
1 2 由于折倒关系， 2 3 1 3
把棱镜的主截面沿反射面折倒，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” 。
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45
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3、靴形棱镜
60
45
o
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为了在一定通光口径下减小棱镜体积，可以把 两个同样的直角棱镜沿斜面胶合在一起，形成 立方棱镜
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使用立方棱镜时要注意： 光束是分两束分别通过两个棱镜进入系统，过了棱镜又合成 一束，原来角度一致的平行光通过系统后还应该角度一致，要 求两个棱镜反射面严格平行；
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表示平面镜棱镜系统的物像方向的方法 用一个直角坐标系表示物 x: 与入射光轴重合 y:位在主截面内 z:垂直于主截面 同样，用x’,y’,z’表示像的坐标
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确定成像方向的方法 1. x’方向确定 与出射光轴重合
2. y’,z’方向确定
光轴截面：光轴所在的主截面 具有单一主截面的系统：系统中所有棱镜的光轴截面都彼此重合
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A’
A
C
转任意角度 A 要求光线偏转 射面转

，则反

2
2
B C 90 2
例如要使光轴转 45，则 45 B C 90 67.5 2 这种棱镜称为等腰棱镜
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C
B
2、五角棱镜
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具有单一主截面的系统 如果系统中有屋脊面，判断方法与前面一样，只是在计算总反射次 数时，在屋脊面上算两次。
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共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合
共轴球面系统和平面镜系统组合
1、各个透镜组和平面反射的配 合次序不受限制 2、为了保持共轴性，各透镜组的光轴， 须和平面镜系统中的同一共轭轴线相重合。 3、为保持共轴系统光 学特性不变，须 使各透镜组之间 的间隔不变
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出瞳：是光能最集中的地方，为了看清整个视场，眼睛的瞳孔应 该和出瞳重合。
对出瞳距离必须有一定的要求，一般仪器大于6毫米，对于军用仪器， 要大一些，可能大于20毫米。 出瞳直径的大小，直接与像的亮暗有关 问题：是否出瞳直径越大越好，出瞳距离越长越好？
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Chapter1
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具有单一主截面的系统 没有屋脊面： z和z’方向相同 光轴同向： 奇次反射，y’和y反向 光轴同向： 偶次反射，y’和y同向
光轴反向： 奇次反射，y’和y同向
光轴反向： 偶次反射，y’和y反向
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具有单一主截面的系统 没有屋脊面： 光轴同向： 奇次反射，y’和y反向(+)(-)=(-) 光轴同向： 偶次反射，y’和y同向(+)(+)=(+) 光轴反向： 奇次反射，y’和y同向(-)(+)=(-) 光轴反向： 偶次反射，y’和y反向(-)(+)=(-) 判断z’方向：已知x’,y’方向后，根据总反 射次数（镜像还是物像相似），确定z’ 方向。
一 孔径光阑 光学系统中，不论是限制成像光束口径大小还是限制成像范围的 孔或框都称为“光阑”。
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光阑可在外面也可在里面
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孔径光阑的位置不同，轴外物点参与成像的光束就不同
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入射光瞳和出射光瞳
出射瞳孔：孔径光阑在系统像空间的像，出瞳 入射瞳孔：孔径光阑在系统物空间的像，入瞳 出射瞳孔距离：出瞳离系统最后一面的距离 入射瞳孔距离：入瞳离系统第一面的距离
二、 视场光阑（Field Stop） 限制成像范围的光阑 底片框
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视场光阑限制了成像的范围 视场光阑经其前面光学系统所成的像叫入射窗 视场光阑经其后面光学系统所成的像叫出射窗
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具有单一主截面的系统
入射和出射光轴 光轴同向 反射次数 偶次反射 符号 (+)(+)=(+) y’和y方向 y’和y同向
光轴同向
奇次反射
(+)(-)=(-)
y’和y反向
光轴反向
偶次反射
(-)(+)=(-)
y’和y反向
光轴反向
奇次反射
(-)(-)=(+)
y’和y同向
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y z
z1’
x1’ y1’
y z x
x
x2’ z2’ y2’
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对屋脊面的要求：屋脊角必须严格等于90度， 否则形成双像
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确定平面镜棱镜系统成像方向的方法
目的
1.已知平面镜棱镜系统，判断其成像方向
2. 根据对光轴方向位置和成像方向的要求，设计一个平面镜棱镜系 统
入射圆形光束时，出射为两个半圆；不能在圆形光束中工作 ；
入射面与光轴不垂直，只能使用在平行光路中。
源自文库
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屋脊面和屋脊棱镜 作用：在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，用两个 相互垂直的反射面代替一个反射面，增加一次反射，使系统总反 射次数由奇数变成偶数，达到物象相似的要求。