几何光学

第一章几何光学基本定律与成像概念（4学时）

【教学目标及基本要求】

理解和掌握几何光学中研究光传播的方法；理解和掌握几何光学的四个基本定律及其满足的前提条件；理解和掌握发生全反射的条件、能解决工程中相关的

计算问题；理解费马原理的意义；建立起物象的概念，会正确判断物和象的虚实；

建立起完善象的概念；会用单个折射球面的物象关系式和共轴球面系统成象计算

的换面（过渡）公式计算物体经共轴球面系统成象时象的位置；会用单个折射球

面的放大率公式和共轴球面系统的放大率公式计算象的大小；会根据垂轴放大率

β的正负和大小判断象的正倒、虚实、放大还是缩小；会计算物体经单个反射

球面反射后，象的位置和大小。

前言：几何光学的发展（我国古代光学方面的成就）；光学理论体系（光学的研究内容）本课程的性质、任务、内容、地位和与其它课程的关系；学习的基

本要求、学习方法。

第一章几何光学基本定律与成像概念

一、几何光学的基本概念（光波、光源、光线、波面）

二、几何光学基本定律

1、四个基本定律；

2、全反射及其应用；

3、光路的可逆性；

4、费马原理

三、成像的基本概念与完善成像条件

1、光学系统与成像概念；

2、完善成像条件；

3、物、象的虚实

四、光路计算与近轴光学系统（光线经过单个球面的折射）

1、基本概念与符号规则

2、实际光线的光路计算（大L公式）：

3、近轴光线的光路计算（小l公式）

五、球面光学成像系统

1、单个折射球面成像的放大率、拉赫不变量

2、球面反射镜成像

3、共轴球面系统

六、全章小结及要点提示

【重点】

1、几何光学的四个基本定律及其满足的前提条件。

2、成象的概念及完善成象的条件；物、象空间的虚实和物、象虚实的概念。

3、光线的位置参量及其符号规则。

4、单个折射球面的物象关系式的三种形式及应用场合。

5、垂轴放大率β的大小与物和象的虚实的关系及物和象的大小的关系。【难点】

1、能对点源成完善象的表面及其在工程中的应用。

2、虚物概念的建立。

3、费马原理的意义

【深化和拓宽】费马原理

【教学方式及注意的问题】

1、注意建立物、象空间的虚实和物、象虚实的概念。

2、从工程语言的角度对符号规则进行必要的归纳与说明

【思考题和习题】

P12：11题

补充1-2题

第二章理想光学系统（8学时）

【教学目标及基本要求】

懂得理想光学系统的基点和基面的定义、性质及简化模型；能熟练地根据物体的位置和大小用图解法求象的位置和大小及根据象的位置和大小求物的位置和大小；能熟练地应用牛顿物象公式和高斯物象公式由物体的位置和大小求象的位置和大小或由求象的位置和大小求物体的位置和大小；会应用牛顿组合公式和高斯组合公式对两个光组进行组合，求组合系统的焦点和基点位置及组合系统对给定位置的物体的垂轴放大率及所成的象的位置和大小；也能按给定的要求将一个光组分解为两个光组；会应用薄透镜和薄光组的共轭距与其放大率和焦距的关系式，在共轭距、垂轴放大率和焦距三者中由要求的二者求第三者；会应用薄透镜和薄光组的成象特性验证作图求象及解析求象的正确性；会应用薄透镜和薄光组的成象特性迅速地判断任意一个位置的物体所成的象的位置范围、是放大象还是缩小象、是正象还是倒象、是实象还是虚象。

第二章理想光学系统

一、理想光学系统和共线成像理论

1、理想光学系统理论（高斯光学）

2、共线成像

3、共轴理想光学系统成像性质及相关概念

二、理想光学系统的基点和基面

1、焦点、焦平面

2、主点、主平面和焦距

3、节点、节平面

4、理想光学系统两焦距之间的关系

5、理想光学系统模型

6、实际光学系统的基点位置和焦距计算

三、理想光学系统的物象关系

1、图解法求象

2、解析法求象

3、多个光组成像

四、理想光学系统的放大率

五、理想光学系统的组合

1、两个光组组合分析

2、多光组组合计算

3、光学系统的光焦度

4、应用举例

六、透镜

1、基本概念

2、用组合公式求解及分析透镜的焦距和基点位置

3、薄透镜的成像性质

4、共轭距计算公式

七、全章小结及要点提示

【重点】

1、理想光学系统的定义及其性质。

2、理想光学系统的基点和基面的定义。

3、焦距的定义和两焦距的关系。

4、理想光学系统的图解法求象、作图的依据和注意事项。

5、理想光学系统的牛顿物象公式和高斯公式。

6、共轴光学系统的两光组的组合与分解牛顿公式和高斯公式。

7、两光组组合的牛顿放大率公式和高斯放大率公式。

8、多光组组合；正切计算法；截距计算法。

9、薄透镜和薄光组的成象特性；共轭距与其放大率和焦距的关系式。【难点】

1、主点、面的定义与性质

2、共轴光学系统的两光组的组合与分解牛顿公式和高斯公式

【深化和拓宽】结合显微镜、望远镜讲光组组合分析

【教学方式及注意的问题】

1、图解法求像要多举例，适当安排课堂练习，及时发现问题

2、要强调结合图形建立概念和帮助理解、分析，特别是光组组合分析

3、P29的举例中分别用组合公式截距法和正切计算法讲解

【思考题和习题】

P36：1，3，4，10，14 补充：作图和光组分析习题

第三章平面和平面系统（4学时）

【教学目标及基本要求】

理解镜像的概念；理解等效空气平板的概念；会正确地判断单个主截面的平面镜棱镜系统成象方向并判定象的性质；会正确地判断多个主截面的平面镜棱镜系统成象方向并判定象的性质；会将反射棱镜正确地展开。

【教学内容及学时分配】

第三章平面和平面系统

一、平面镜成像

1、平面镜成像性质

2、平面镜的旋转及应用

3、双平面镜成像

二、平行平板三、反射棱镜 1、反射棱镜基本概念及其类型

2、棱镜系统的成像方向判断

3、反射棱镜的等效作用与展开

四、折射棱镜与光楔

五、光学材料

六、全章小结及要点提示

【重点】

1、镜象的概念。

2、等效空气平板的概念

3、反射棱镜的分类

4、反射棱镜成象方向判断和象的性质判定。

5、反射棱镜的展开方法。【难点】

1、等效空气平板的概念

2、多个主截面的平面镜棱镜系统成象方向判断

【深化和拓宽】平面镜的旋转及应用；特殊棱镜的应用等

【教学方式及注意的问题】

注意结合周视瞄准仪讲解反射棱镜成象方向判断和象的性质判定

【思考题和习题】P51：7，8

第四章光学系统中的光束限制（4学时）

【教学目标及基本要求】

认识光学系统中四种不同的光阑的定义及其作用；会计算和讨论光学系统的景深；理解物方远心光学系统及象方远心光学系统的成象原理及用途；知道典型光学系统中的成像光束限制方法。