课程的重点、难点及解决的办法

本课程系统地介绍了几何光学的基本定律与成像理论、理想光学系统的光学参数与成像特性、平面与平面镜成像系统、光学系统中的成像光束限制、光度学相关概念及应用、像差理论以及典型光学系统等内容，注重论述光学原理的同时，结合工程实际，给出了大量实例。各章的重点、难点及解决办法如下：

第一章几何光学基本原理

重点：光程概念、马吕斯定律、费马原理、完善成像概念及条件、物像虚实判断、光的全反射条件、折射定律及反射定律的证明方法、光学计算中的符号规则、单个折射面及反射面的成像放大率及物像位置关系、过渡公式（转面公式）以及拉赫不变量的物理意义等。

难点：以积分的方式理解费马原理、掌握应用光学中马吕斯定律与物理光学中马吕斯定律的区别、单个折射面及反射面的成像公式、放大率公式、过渡公式。

解决办法：理解好费马原理表达的物理意义，掌握应用光学与物理光学研究内容的区别，同时鼓励学生对书本中的重点公式在理解的基础上进行自我推导，以加强理解和记忆。

第二章共轴球面系统的物像关系

重点：理想光学系统的共线成像理论、理想光学系统的基点和基面概念及特点、利用光学系统基点和基面特点作图法求解物像位置与大小、牛顿公式及高斯公式、解析法求解物像位置与大小、理想光学系统的放大率公式（轴向放大率、角放大率以及垂轴放大率）及其相互关系、多个理想光学系统组合分析与计算、厚透镜的光焦度公式与焦距公式。

难点：图解法求解理想光学系统中物像关系、解析法求解理想光学系统中物像关系、高斯公式和牛顿公式的准确应用、多光组组合成像公式、光焦度概念、薄透镜与厚透镜的光焦度公式。

解决办法：充分理解理想光学系统中基点和基面特性，并学会用多种作图方法尝试解题；

理解高斯公式和牛顿公式的推导过程，掌握两公式中物像距的表示形式及物理量的正负取值；掌握组合光学系统成像公式以及薄、厚透镜光焦度公式的推导，并通过解题深入理解。

第四章平面镜棱镜系统

重点：奇数及偶数个平面镜的成像特点、对镜像的理解、单个平面镜的旋转特性、入射光线与出射光线形成的夹角与双平面镜夹角间的关系，平行平板的成像特性、平行平板等效光学系统、反射棱镜的种类及成像方向判断、反射棱镜的展开、折射棱镜的应用、最小偏向角原理、光楔的原理及应用、光学材料分类及特性。

难点：平行平板成像特性及相应公式、反射棱镜成像方向判断、反射棱镜的展开、利用最小偏向角原理的材料折射率测定、光楔的应用。

解决办法：使学生自行推导平行平板的成像公式（近轴和远轴区），加深公式内涵理解；利用三维动画形式讲述不同棱镜的结构，采用实物教学，使学生反复观察，理解不同反射棱镜的成像特性；阐述清楚棱镜的展开原则；掌握最小偏向角原理及公式；掌握光楔的偏向角公式，通过实例讲解光楔在实际中的应用。

第五章光学系统中成像光束选择

重点：光阑的分类与作用、孔径光阑的概念、入瞳和出瞳的概念及其与孔径光阑的共轭关系、视场光阑的概念、入射窗、出射窗的概念及其与视场光阑的共轭关系、主光线、边缘光线概念、渐晕概念、对于渐晕系数的理解、物方、像方及双远心光路的原理与应用、景深的概念、景深的影响因素、场镜的作用及位置。

难点：对孔径光阑和视场光阑的理解、对入瞳、出瞳概念的理解、怎样确定系统中的孔径光阑和视场光阑、渐晕系数为某一固定值时，透镜口径的确定或者物像方视场角的确定、远心光路的应用、对景深影响因素的理解。

解决办法：对于孔径光阑、入瞳、出瞳以及视场光阑、入射窗、出射窗的理解，可结合

实物（如常见的双筒望远镜）讲解，使复杂抽象的原理和概念深入浅出、通俗易懂；通过习题讲解孔径光阑和视场光阑的确定原则及渐晕的相关理论；通过实例讲述远心系统在实际测量系统中的应用；结合摄影系统，阐述景深的控制。

第六章辐射度学和光度学基础

重点：辐射量与光学量的概念、光学量与辐射量之间的关系、光谱光视效率及光源的发光效率、发光强度、光照度、光亮度、光出射度的概念及公式、立体角概念、光学系统中孔径角对应的立体角公式、余弦辐射体的概念、特点及相应公式、平方反比定律、轴上点与轴外点光照度公式以及关系、光学系统光能损失构成及光学系统透过率计算。

难点：不同光学量的概念及相互关系、面光源的立体角、平方反比定律、余弦辐射体的概念、特点及相应公式、轴上点与轴外点光照度公式以及关系、光学系统光能损失构成及光学系统透过率计算。

解决办法：深入讲述不同光学量的物理内涵及相互联系；给出关键公式的详细推导过程，并通过习题加深理解；布置综合性作业考察学生对于概念和公式的理解。

第八章光学系统成像质量评价

重点：几何像差的概念及产生原因、各像差对系统像质的影响、波像差的概念、轴上点球差、球差的校正、单个折射面和反射面的齐明点坐标及对应的放大倍率、塞得和系数、初级像差、高级像差、波像差的适用范围、瑞利判据、像质评价。

难点：几何像差产生的原因、各像差对像质的影响、波像差与几何像差的联系和区别、像质评价。

解决办法：通过光学原理图讲解各种像差的产生，并结合ZEMAX光学设计软件讲解各种像差的几何形状、各种像质评价指标以及如何校正像差；根据实例，讲授波像差的应用与限制。

第七章望远镜和显微镜

重点：眼睛的构造、近视眼、远视眼、散光眼等非正常眼的形成与校正、眼睛的分辨率、眼睛的调节和适应、眼睛的对准精度、双目立体视觉、放大镜原理、视觉放大率公式、放大镜中的光束限制和线视场、显微镜成像原理及特性、显微镜的视觉放大率、线视场、景深、分辨率及有效放大率、显微镜的照明方式、望远镜成像原理及特性、望远镜分辨率及工作放大率、望远镜视场、目镜、摄影系统、投影系统等。

难点：近视眼、远视眼的校正、屈光度的概念、双面立体视觉、掌握临界照明和柯勒照明原理及特点并注意区分、放大镜、显微镜以及望远镜工作原理及相应公式、与前面章节相结合的综合习题的求解。

解决办法：通过多个原理图动画、典型光学系统实验、外形尺寸计算实例与多种类型计算习题强化对典型光学系统成像原理的理解，将放大镜、显微镜、望远镜、照相机等实物带入课堂，通过观察，理解放大率、光瞳匹配等概念。