几何光学课件：棱镜

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。 应用：与激光测距 仪配合测距
（六）复合棱镜
由两个以上的棱镜组合起 来形成，可以实现一些特殊或 者单个棱镜难以实现的功能。
这种复合棱镜的用途也 是倒像作用。
四 棱镜和棱镜的展开
主要讲述把多个反射面集成在同一块 光学材料上的情况
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。
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利用最小偏角可测量 棱镜折射率
当α很小，为光楔。
I1有一定大小： I1很小：
双光楔用两个光楔相对转动，产生不同的偏角 应用:旋转测(微)角 移动测(微)位移
§3-8光学材料
A
光轴：光学
系统的光轴在 棱镜中的部分
光轴长度：
C
棱镜光轴的几
何长度；
B
AB+BC=
棱镜光轴长度
• 二、基本定义
光轴
工作面 棱
主截面
光轴截面
三 确定棱镜系统成像方向的方法
• 物空间为右手坐标
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y x
z
y′ z′ x′
y
x z
z′ y′
x′
屋脊棱镜的平面表示方法
（五）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。
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。
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y
o
z
x
A1
B1
z1' o1'
x1' y1' z
y
o x
o1 oy
D1
F2
A2
C1 B2
x2'
o2' D2
z2'
y 2' E2
o2 oy
C2
直角棱镜反射
屋脊棱镜反射
道威棱镜: 绕光轴旋转角，其对应的反射 像同方向2旋转角。
一次反射特点：
成镜像；
在主截面内坐标方向 改变，垂直于光轴截面内坐 标方向不变。
• （二）二次反射棱镜
y
（
a
）
x
等
z
腰
直
x′
角
棱
z′ y′
镜
y zx
（二）
二次反射 棱镜
y′ x′
z′
半五角棱镜
x′ y′
z′
x y
z
（d）斜方棱镜
y zx
二次反射成像的特点：
成一致像；
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。
• （三）三次反射棱镜
y
x z
x′ z′ y′
斯密特棱镜
其特点是： 光路在棱镜 中的光路很 长，可以折 叠光路，使 仪器紧凑。
入射光线 与出射光线 之间的夹角 为45°
（四） 屋脊面和屋脊棱镜
如果在不改变光轴方向和主截面内成像方 向的条件下需要得到物体的一致像而又不想增加 反射棱镜时，怎么办？
y
（ 一
x
）
一
z
次
y′
反
射
z′ x′
棱
（a）等腰直角棱镜
镜
y
o
x z
o
x' z' y'
y
o
x z
（b）道威棱镜
y' z'
o
x'
直角棱镜使光线折转90°
等腰棱镜使光线折转任意角度。
二者的特点是：入射面、出射面与光轴 垂直。
道威棱镜，入射面、出射面与光轴 不垂直。
道威棱镜90°旋转后，像旋转180°。
• 一 透射材料的光学特性: 透过率\折射率
• 二 反射材料的光学特性: 反射率
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y′ x′ z′
(b)五角棱镜
以上几种棱镜两反射面之间的夹角有为： 22.5°、30 ° 、45 ° 、90 °和180 °。
也使光线折转45 ° 、60 ° 、90 ° 、180 °和360 °。
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。
斜方棱镜使光轴平移，多用于双目镜 仪器中，调节目距。
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
二、棱镜的等效作用与展开
㈠、等效作用与展开方法
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
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
b．如果棱镜位于会聚光束中，则光轴必 须和棱镜的入射及出射表面相垂直。
(2).展开方法 利用棱镜反射面的性 质，将转折的光路拉直。
即：按入射光线的顺序，以 反射面为镜面，求其对称像， 并依次画出反射棱镜的展开 图。
§3-７折射棱镜与光楔
• 折射棱镜 ：利用表面的折射作用来工作 • 折射棱 ：入射面与出射面的交线 • 折射角 ：两折射面夹角α • 偏向角δ ：入射光线与出 射光线的夹角从入射光线转到 出射光线，顺正逆负 • 主截面：垂直于折射棱的平面
§3-6 反射棱镜
一 反射棱镜的类型 • 简单棱镜（一次、二次、三次反射棱镜） • 屋脊棱镜 • 立方角锥棱镜 • 复合棱镜等
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• 二、基本定义 ABC---棱镜光轴
A′
把平面镜换成直角棱镜
A′
A
对于这种光路的等效光路
（二） 棱镜的展开
把棱镜的光轴截面沿着它的反射面 展开，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”
(1).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，必须对棱镜 的结构提出一定的要求：
a．棱镜展开后玻璃板的两个表面必须平 行。
可用交线位于光轴面内的两个相互垂直的反 射面来取代其中的一个反射面，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反射而 改变方向，从而得到物体的一致像。
屋脊棱镜
屋脊面的作用：
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。