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光学基础
§ 1.2.2 光学元器件回目录一,透镜元器件 (成像 )
以两个折射曲面为边界的透明体称为透镜，通常多以光学玻璃为原材料，磨制成形后将折射面抛光而成。
两个折射面中可以有一个平面，但两个折射面都是平面者不能称为透镜。具有相对独立功能的组合体称透镜组，根据用途的不同，它们又被赋予物镜、目镜等专门名称。
1、正透镜和负透镜透镜可分成正透镜和负透镜两类。正透镜具有正的像方焦距值，从而有正的光焦度，能对光束起会聚作用，故又称会聚透镜；负透镜具有负的光焦度，对光束起发散作用，故又称发散透镜。按形状不同，正透镜可分双凸、平凸和月凸
（或正弯月形）透镜三种形式，其共同特征是中心厚度比边缘厚度厚。负透镜也可分双凹、平凹和月凹 (或负弯月形 )
透镜三种形式,其共同特征是中心厚度比边缘厚度薄,如图
1.2.2-1各种形式的透镜。上一节上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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光学基础
§ 1.2.2 光学元器件回目录图 1.2.2-1 各种形式的透镜
2、柱面透镜凡由两个母线互相平行的柱面，一个柱面和一个平面或一个柱面和一个球面组成的透镜都称柱面透镜。
3、放大镜辅助眼睛观察细小物体的透镜组称为放大镜。单片正透镜是一个最简单的放大镜。使用放大镜时，被观察物体 AB位于物方焦点上或焦点以内与之很靠近的地方，
眼睛看到的是物体的虚像 A’B’,如图 1.2.2-2。
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光学基础
§ 1.2.2 光学元器件回目录图 1.2.2-2 放大镜的放大作用4、目镜在目视光学仪器中用于观察物体被物镜所成像的透镜组称为目镜。目镜的作用与放大镜相当，但作为仪器的组成部分，它所能接受的光束已被物镜的像方光束所限定，因此眼睛瞳孔的位置也随之限定，一定要置于仪器出射光瞳处，才能看到全部视场。
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光学基础
§ 1.2.2 光学元器件回目录
5、物镜
(1)显微镜物镜,显微镜中对微细物体成首次放大像的透镜组
(2)望远镜物镜,望远镜系统中把无限远物体成像于其焦平面上的一个透镜组
(3)摄影和投影物镜,将空间物体成像于感光胶片或其他接收器上的透镜组
6、场镜工作在物镜面附近的透镜称为场镜（见图 1.2.2-6），其主要作用 是：
⑴ 提高边缘光束入射到探测器的能力；
⑵ 在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积。
如果使用同样探测器的面积，可扩大视场，增加入射的通量；
⑶ 可让出像面位置放置调制盘,以解决无处放置调制器的问题；
⑷ 使探测器光敏面上非均匀光照得均匀化；
⑸ 当使用平像场镜时,可获得平场像面 。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录
1-物镜； 2-视场光阑； 3-场镜； 4-探测器图 1.2.2-6 场镜的放置7、浸没透镜浸没透镜也是二次聚光元件。它是由球面和平面组成的球冠体，如图 1.2.2-7所示。
探测器与浸没透镜平面间或胶合或光胶，使像面浸没在折射率较高的介质中。它的主要作用是显著地减小探测器的光敏面积，提高信噪比。浸没透镜的设计和使用，按物像共轭关系处理。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录图 1.2.2-7 浸没透镜
(1)浸没透镜的物象关系和等明条件如图 1.2.2-8所示图 1.2.2-8 浸没透镜的物像关系上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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光学基础
§ 1.2.2 光学元器件回目录当像面未离开浸没透镜而在镜内时，可把浸没透镜看成是单球面折射成像。按折射球面的物像关系有,
式中 n为浸没透镜前介质折射率； n’为浸没透镜材料的折射率； r是球面半径。
设物高为 y，像高为 y′，则垂轴放大率为如果浸没透镜置于空气中,n =1，成像面与光敏面重合，
则有常把 β 的倒数 B叫做浸没透镜的浸没倍率：
单折射球面有相差存在，但在等明点或不晕点处的球差和慧差等于零。存在着三个等明点的物像共轭关系。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录它们是,⑴ L’ = L = 0,物、像点重合在球面上，这没有实用意义； ⑵ L’ = r = L 即物、像点均在折射球面的曲率中心上； ⑶ 物距和像距分别为,L =r(n′+n)/n和
L′=r(n′+n)/n′ 。图 1.2.2-9所示为像差随变化的曲线关系，图中的标号 ⑴、⑵和⑶ 分别对应上述三种情况。
图 1.2.2-9 像差曲线上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.2.2 光学元器件回目录
(2)半球浸没透镜符合上述等明条件 ⑵ 时,L′ = r的透镜叫做半球浸没透镜,无像差和慧差 。 系统安排如图 1.2.2-10所示 。
图 1.2.2-10 半球浸没透镜
8、阶梯透镜（菲涅耳透镜）
阶梯透镜是有“阶梯”形不连续表面的透镜；“阶梯”
由一系列同心圆环状带区构成，故又称环带透镜。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录二、反射元器件 (改变光的方向 )
反射系统至少有一个反射面的光学元件。反射面是指按照反射定律使光线有规则反射的光学表面。
1、平面反射镜平面镜的主要性质有：①对实物成虚像，物和像对称于反射面；②以坐标系 x,y,z表示实物，它被镜所成的虚像为
x‘,y’,z‘，将 x’,y‘,z’整体平移或旋转都不能使其各轴与 x,y,z的对应轴同时重合，因此称 x‘,y’,z‘为 x,y,z的镜像；③保持入射光线方向不变，若平面镜偏转 θ角，反射光线方向偏转 2θ角。
2、球面反射镜球面反射镜工作面为精确的球面，是最简单的成像元件之一。如果用金属制造球面镜，抛光后，金属表面本身就有较高的反射率；但是光学仪器中的球面镜多由玻璃磨制而成，
在其抛光的球面上必须镀反射膜以提高反射率。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录
3,分束元件分束元件是将入射光通量分割成反射和透射两部分并保证二者有适当比例关系的元件。有时还要求反射部分和透射部分各有其特定的光谱性能，这样的分束元件可称分色元件。图 1.2.2-20 是两种常见的分束元件示意图。
1.2.2-20 两种常见的分束元件示意图上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.2.2 光学元器件回目录除了反射面上镀析光膜 (使光部分透射、图部分反射的膜层 )
外，其他方面与平面镜或反射棱镜并无多大差别。分束板
(见图 1.2.2-20 a)在非平行光束中应用时，产生双像以及像散；因此非平行光束中用分束棱镜（见图 1.2.2-20
b）较适宜。但在必须用大尺寸分束元件的场合下，分束板往往因较轻便而被采用。
4、光锥光锥是一种圆锥体状的聚光镜。可制成空心和实心两种类型。
（ 1）光束在光锥内的传播
（ 2）空心光锥参量的确定
（ 3）实心圆锥体光锥三、其它元器件
1、光楔
2、干涉滤光片
3、偏振片
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§ 1.2.2 光学元器件回目录一,透镜元器件 (成像 )
以两个折射曲面为边界的透明体称为透镜，通常多以光学玻璃为原材料，磨制成形后将折射面抛光而成。
两个折射面中可以有一个平面，但两个折射面都是平面者不能称为透镜。具有相对独立功能的组合体称透镜组，根据用途的不同，它们又被赋予物镜、目镜等专门名称。
1、正透镜和负透镜透镜可分成正透镜和负透镜两类。正透镜具有正的像方焦距值，从而有正的光焦度，能对光束起会聚作用，故又称会聚透镜；负透镜具有负的光焦度，对光束起发散作用，故又称发散透镜。按形状不同，正透镜可分双凸、平凸和月凸
（或正弯月形）透镜三种形式，其共同特征是中心厚度比边缘厚度厚。负透镜也可分双凹、平凹和月凹 (或负弯月形 )
透镜三种形式,其共同特征是中心厚度比边缘厚度薄,如图
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§ 1.2.2 光学元器件回目录图 1.2.2-1 各种形式的透镜
2、柱面透镜凡由两个母线互相平行的柱面，一个柱面和一个平面或一个柱面和一个球面组成的透镜都称柱面透镜。
3、放大镜辅助眼睛观察细小物体的透镜组称为放大镜。单片正透镜是一个最简单的放大镜。使用放大镜时，被观察物体 AB位于物方焦点上或焦点以内与之很靠近的地方，
眼睛看到的是物体的虚像 A’B’,如图 1.2.2-2。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录图 1.2.2-2 放大镜的放大作用4、目镜在目视光学仪器中用于观察物体被物镜所成像的透镜组称为目镜。目镜的作用与放大镜相当，但作为仪器的组成部分，它所能接受的光束已被物镜的像方光束所限定，因此眼睛瞳孔的位置也随之限定，一定要置于仪器出射光瞳处，才能看到全部视场。
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5、物镜
(1)显微镜物镜,显微镜中对微细物体成首次放大像的透镜组
(2)望远镜物镜,望远镜系统中把无限远物体成像于其焦平面上的一个透镜组
(3)摄影和投影物镜,将空间物体成像于感光胶片或其他接收器上的透镜组
6、场镜工作在物镜面附近的透镜称为场镜（见图 1.2.2-6），其主要作用 是：
⑴ 提高边缘光束入射到探测器的能力；
⑵ 在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积。
如果使用同样探测器的面积，可扩大视场，增加入射的通量；
⑶ 可让出像面位置放置调制盘,以解决无处放置调制器的问题；
⑷ 使探测器光敏面上非均匀光照得均匀化；
⑸ 当使用平像场镜时,可获得平场像面 。
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1-物镜； 2-视场光阑； 3-场镜； 4-探测器图 1.2.2-6 场镜的放置7、浸没透镜浸没透镜也是二次聚光元件。它是由球面和平面组成的球冠体，如图 1.2.2-7所示。
探测器与浸没透镜平面间或胶合或光胶，使像面浸没在折射率较高的介质中。它的主要作用是显著地减小探测器的光敏面积，提高信噪比。浸没透镜的设计和使用，按物像共轭关系处理。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录图 1.2.2-7 浸没透镜
(1)浸没透镜的物象关系和等明条件如图 1.2.2-8所示图 1.2.2-8 浸没透镜的物像关系上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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§ 1.2.2 光学元器件回目录当像面未离开浸没透镜而在镜内时，可把浸没透镜看成是单球面折射成像。按折射球面的物像关系有,
式中 n为浸没透镜前介质折射率； n’为浸没透镜材料的折射率； r是球面半径。
设物高为 y，像高为 y′，则垂轴放大率为如果浸没透镜置于空气中,n =1，成像面与光敏面重合，
则有常把 β 的倒数 B叫做浸没透镜的浸没倍率：
单折射球面有相差存在，但在等明点或不晕点处的球差和慧差等于零。存在着三个等明点的物像共轭关系。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录它们是,⑴ L’ = L = 0,物、像点重合在球面上，这没有实用意义； ⑵ L’ = r = L 即物、像点均在折射球面的曲率中心上； ⑶ 物距和像距分别为,L =r(n′+n)/n和
L′=r(n′+n)/n′ 。图 1.2.2-9所示为像差随变化的曲线关系，图中的标号 ⑴、⑵和⑶ 分别对应上述三种情况。
图 1.2.2-9 像差曲线上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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(2)半球浸没透镜符合上述等明条件 ⑵ 时,L′ = r的透镜叫做半球浸没透镜,无像差和慧差 。 系统安排如图 1.2.2-10所示 。
图 1.2.2-10 半球浸没透镜
8、阶梯透镜（菲涅耳透镜）
阶梯透镜是有“阶梯”形不连续表面的透镜；“阶梯”
由一系列同心圆环状带区构成，故又称环带透镜。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录二、反射元器件 (改变光的方向 )
反射系统至少有一个反射面的光学元件。反射面是指按照反射定律使光线有规则反射的光学表面。
1、平面反射镜平面镜的主要性质有：①对实物成虚像，物和像对称于反射面；②以坐标系 x,y,z表示实物，它被镜所成的虚像为
x‘,y’,z‘，将 x’,y‘,z’整体平移或旋转都不能使其各轴与 x,y,z的对应轴同时重合，因此称 x‘,y’,z‘为 x,y,z的镜像；③保持入射光线方向不变，若平面镜偏转 θ角，反射光线方向偏转 2θ角。
2、球面反射镜球面反射镜工作面为精确的球面，是最简单的成像元件之一。如果用金属制造球面镜，抛光后，金属表面本身就有较高的反射率；但是光学仪器中的球面镜多由玻璃磨制而成，
在其抛光的球面上必须镀反射膜以提高反射率。
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§ 1.2.2 光学元器件回目录
3,分束元件分束元件是将入射光通量分割成反射和透射两部分并保证二者有适当比例关系的元件。有时还要求反射部分和透射部分各有其特定的光谱性能，这样的分束元件可称分色元件。图 1.2.2-20 是两种常见的分束元件示意图。
1.2.2-20 两种常见的分束元件示意图上一页下一页回首页回末页结束第一章第一章光电信息技术物理基础
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光学基础
§ 1.2.2 光学元器件回目录除了反射面上镀析光膜 (使光部分透射、图部分反射的膜层 )
外，其他方面与平面镜或反射棱镜并无多大差别。分束板
(见图 1.2.2-20 a)在非平行光束中应用时，产生双像以及像散；因此非平行光束中用分束棱镜（见图 1.2.2-20
b）较适宜。但在必须用大尺寸分束元件的场合下，分束板往往因较轻便而被采用。
4、光锥光锥是一种圆锥体状的聚光镜。可制成空心和实心两种类型。
（ 1）光束在光锥内的传播
（ 2）空心光锥参量的确定
（ 3）实心圆锥体光锥三、其它元器件
1、光楔
2、干涉滤光片
3、偏振片
