虚物不能人为设定，一般由前一系统所成的实像。实物、虚像对应发散同心光束：虚物、实 像对应会聚同心光束。 §13光路计算与近轴光学系统 一、基本概念与符号规则 子午面：通过物点和光轴的截面。（轴上点 的子午面有无数多，轴外点只有一个)：物方截 距：顶点0到光线与光轴的交点A的距离L: 物方孔径角：入射光线与光轴的夹角U:像方截 距：O点到A'的距离L':像方孔径角：出射 光线与光轴的夹角U'。 符号规则：沿轴线段：规定光线方向自左向右为正，以顶点0为原点至光线与光轴交 点或球心的方向，顺光线为正，逆光线为负。垂轴线段：光轴为基准，光轴以上为正，以下 为负。光线与光轴的夹角：由光轴转向光线所成的锐角，解时针为正，逆时针为负。光线与 法线的夹角：由光线以锐角转向法线，顺时针为正，逆时针为负。光轴与法线的夹角：由光 轴以锐角转向法线，顺时针为正。折射面间隔：由前一面的顶点到后一面的项点，顺光线为 正。一般为正。 二、实际光线的光路计算 已知：球面曲率半径r,折射率n和n',物方截距L,孔径角U。求：像方截距L 和像方孔径角U'。 三、近轴光线的光路计算 像位 近轴区：孔径角U很小时，1、'和U'都很小，光线在 n'n n-n 光轴附近很小的区域为近轴区。 r §14球面光学成像系统 一、单个折射面成像 垂轴放大率：像的大小与物的大小比值。轴向放大率：指物点沿光轴作微小移动时，所 引起的像点移动量与物点移动量之比。角放大率：指在近轴区，角放大率为一对共轭点光线 与光轴的夹角的比值。 二、球面反射镜成像 反射镜成像特点与折射相似，只要令n'一n即可
虚物不能人为设定，一般由前一系统所成的实像。实物、虚像对应发散同心光束；虚物、实 像对应会聚同心光束。 §1-3 光路计算与近轴光学系统 一、基本概念与符号规则 子午面：通过物点和光轴的截面。（轴上点 的子午面有无数多，轴外点只有一个）；物方截 距：顶点 O 到光线与光轴的交点 A 的距离 L； 物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 U；像方截 距：O 点到 A′的距离 L′；像方孔径角：出射 光线与光轴的夹角 U′。 符号规则：沿轴线段：规定光线方向自左向右为正，以顶点 O 为原点至光线与光轴交 点或球心的方向，顺光线为正，逆光线为负。垂轴线段：光轴为基准，光轴以上为正，以下 为负。光线与光轴的夹角：由光轴转向光线所成的锐角，瞬时针为正，逆时针为负。光线与 法线的夹角：由光线以锐角转向法线，顺时针为正，逆时针为负。光轴与法线的夹角：由光 轴以锐角转向法线，顺时针为正。折射面间隔：由前一面的顶点到后一面的顶点，顺光线为 正。一般为正。 二、实际光线的光路计算 已知：球面曲率半径 r ，折射率 n 和 n′，物方截距 L，孔径角 U。求：像方截距 L′ 和像方孔径角 U′。 三、近轴光线的光路计算 近轴区：孔径角 U 很小时，I、I′和 U′都很小，光线在 光轴附近很小的区域为近轴区。 §1-4 球面光学成像系统 一、单个折射面成像 垂轴放大率：像的大小与物的大小比值。轴向放大率：指物点沿光轴作微小移动时，所 引起的像点移动量与物点移动量之比。角放大率：指在近轴区，角放大率为一对共轭点光线 与光轴的夹角的比值。 二、球面反射镜成像 反射镜成像特点与折射相似，只要令 n′=-n 即可
三、共轴球面系统 通过找到相邻两个球面之间的光路关系，利用单个折、反射球面的光路计算及成像特点， 来解决整个光学系统的光路计算问恩。 【总结提升】 (1)课堂小结 言简意赅总结本次课程的主要内容，需要熟练掌握的内容，以及需要联系实际的知识点： 课后作业任务见PPT。 (2)散学经验总结 打破传统的僵化周定的思维模式，重建学生的知识结构，掌握大的框架，聚焦细节：解 题方法：运用几何方法解决光学问题。 【当堂检测】 安排学生上黑板求解例12和例14，要求其他学生来订正，同学之间互相批改，交上 来看实际结果，据此判断学生课堂掌握情况。 【学习（教学）反思】 (1)本课教学的方法是否得当： (2)敦学内容的容量是否合适： (3)学生掌握的程度是否达到教学目的： (4)学生掌握人数的百分比：
三、共轴球面系统 通过找到相邻两个球面之间的光路关系，利用单个折、反射球面的光路计算及成像特点， 来解决整个光学系统的光路计算问题。 【总结提升】 （1） 课堂小结 言简意赅总结本次课程的主要内容，需要熟练掌握的内容，以及需要联系实际的知识点； 课后作业任务见 PPT。 （2） 教学经验总结 打破传统的僵化固定的思维模式，重建学生的知识结构，掌握大的框架，聚焦细节；解 题方法：运用几何方法解决光学问题。 【当堂检测】 安排学生上黑板求解例 1-2 和例 1-4，要求其他学生来订正，同学之间互相批改，交上 来看实际结果，据此判断学生课堂掌握情况。 【学习（教学）反思】 （1）本课教学的方法是否得当： （2）教学内容的容量是否合适： （3）学生掌握的程度是否达到教学目的： （4）学生掌握人数的百分比：
第二章理想光学系统 实施的班级：2011级测控（卓越） 主备课人：李桂华 【教学内容分析及教学准备】 (1)教学内容分析 理想光学系统概念及性质：理想光学系统的基点与基面：理想光学系统的物象关系 理想光学系统的放大率。 (2)重点与难点分析： 重点：理想光学系统与共线成像理论：理想光学系统的基点与基面求解：图解法和 解析法求像：组合系统焦点和主点的求解， 难点：基点与基面的概念及共轭关系：作图法求解理想光学系统的基点与基面：作 图法和解析法求像：组合系统焦点和主点的求解。 (3)教学准备 教材、备课笔记、课堂教学PPT 【教学目标】 (1)掌握理想光学系统与共线成像理论： (2)掌握理想光学系统的基点与基面求解；组合系统焦点和主点的求解 【教学方法】 (1)小组合作探究 课前导入，给出问题：“实际球面光学系统以宽光束不能成不完善，只有在近轴区才 能成完善像，如何根据物得到像？” 自主学习，解决“当两对共轭面己知，或一对共轭面及两对共轭点己知的情况，如何 求任一点的像？”小组互动学习，学生生成问题记录及解决，如“无穷远轴上点与像方焦 点，无穷远轴上像点与物方焦点，物方主平面与像方主平面的”等的共轭关系。 (2)师生合作互动 合作探究，角色互换，先由老师提问，学生解决问题，然后由学生提问，老师回答： 或者直接由学生组织教学内容，上台讲解，其他学生补充：精讲点拨，例题讲解，课堂 训练、变式练习等，如“用作图法求轴上点的像”、“已知焦点和主点，作图求节点”等
第二章 理想光学系统 实施的班级：2011 级测控（卓越） 主备课人: 李桂华 【教学内容分析及教学准备】 (1) 教学内容分析 理想光学系统概念及性质；理想光学系统的基点与基面；理想光学系统的物象关系； 理想光学系统的放大率。 (2) 重点与难点分析： 重点：理想光学系统与共线成像理论；理想光学系统的基点与基面求解；图解法和 解析法求像；组合系统焦点和主点的求解。 难点：基点与基面的概念及共轭关系；作图法求解理想光学系统的基点与基面；作 图法和解析法求像；组合系统焦点和主点的求解。 (3) 教学准备 教材、备课笔记、课堂教学 PPT 【教学目标】 （1）掌握理想光学系统与共线成像理论； （2）掌握理想光学系统的基点与基面求解；组合系统焦点和主点的求解。 【教学方法】 (1) 小组合作探究 课前导入，给出问题：“实际球面光学系统以宽光束不能成不完善，只有在近轴区才 能成完善像，如何根据物得到像？” 自主学习，解决“当两对共轭面已知，或一对共轭面及两对共轭点已知的情况，如何 求任一点的像？”小组互动学习，学生生成问题记录及解决，如“无穷远轴上点与像方焦 点，无穷远轴上像点与物方焦点，物方主平面与像方主平面的”等的共轭关系。 (2) 师生合作互动 合作探究，角色互换，先由老师提问，学生解决问题，然后由学生提问，老师回答； 或者直接由学生组织教学内容，上台讲解，其他学生补充；精讲点拨，例题讲解，课堂 训练、变式练习等，如“用作图法求轴上点的像”、“已知焦点和主点，作图求节点”等
(3)教学方式 板书与PPT相结合，理论与应用相结合，学习主动与被动相结合，课堂学习与课后练 习相结合，教师当面指导与网络指导相结合。 【教学内容】 §2-1理想光学系统与共线成像理论 一、概念 理想光学系统：把光学系统在近轴区成完善像的理论推广到任意大的空间，以任意宽的 光束都能成完善像的光学系统。前提：在理想光学系统中，任何一个物点发出的光线在系统 的作用下所有的出射光线仍然相交于一点，由光路的可逆性和折、反射定律中光线方向的确 定性，则每一个物点对应唯一的一个像点，这种物像关系称为共钷”。因此有：点对应点、 直线对应直线、平面对应平面的成像关系，称为共线成像。 二、性质 位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然在光轴上：位于过光轴的某一截面内的物点对 应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内：过光轴的任意截面成像性质都是相同的。 垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与物相似。即在整个物平面上无 论哪一部分，物与像的大小比例等于常数，即垂直于光轴的同一平面上的各部分具有相同的 放大率。 一个共轴理想光学系统，如果已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置 和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其它一切物点的像点都可以根据这些己知的共 轭面和共轭点来表示。 §2-2理想光学系统的基点与基面 一、无限远轴上物点与其对应的像点 无限远轴上物点发出的光线都与光轴平行。像方焦点、焦平面：像方主点、主平面：像 方焦距等定义。无限远轴外物点发出的能进入光学系统的光线总是相互平行的，且与光轴有 一定的夹角，经系统后相交于像方焦平面上某一点。 二、无限远轴上像点对应的物点 同理，物方焦平面上任何一点发出的光线，经理想光学系统后都是一组相互平行的光线， 它们与光轴的夹角反映轴外点离开轴的距离
(3) 教学方式 板书与 PPT 相结合，理论与应用相结合，学习主动与被动相结合，课堂学习与课后练 习相结合，教师当面指导与网络指导相结合。 【教学内容】 §2-1 理想光学系统与共线成像理论 一、概念 理想光学系统：把光学系统在近轴区成完善像的理论推广到任意大的空间，以任意宽的 光束都能成完善像的光学系统。前提：在理想光学系统中，任何一个物点发出的光线在系统 的作用下所有的出射光线仍然相交于一点，由光路的可逆性和折、反射定律中光线方向的确 定性，则每一个物点对应唯一的一个像点，这种物像关系称为“共轭”。因此有：点对应点、 直线对应直线、平面对应平面的成像关系，称为共线成像。 二、性质 位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然在光轴上；位于过光轴的某一截面内的物点对 应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；过光轴的任意截面成像性质都是相同的。 垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与物相似。即在整个物平面上无 论哪一部分，物与像的大小比例等于常数，即垂直于光轴的同一平面上的各部分具有相同的 放大率。 一个共轴理想光学系统，如果已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置 和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其它一切物点的像点都可以根据这些已知的共 轭面和共轭点来表示。 §2-2 理想光学系统的基点与基面 一、无限远轴上物点与其对应的像点 无限远轴上物点发出的光线都与光轴平行。像方焦点、焦平面；像方主点、主平面；像 方焦距等定义。无限远轴外物点发出的能进入光学系统的光线总是相互平行的，且与光轴有 一定的夹角，经系统后相交于像方焦平面上某一点。 二、无限远轴上像点对应的物点 同理，物方焦平面上任何一点发出的光线，经理想光学系统后都是一组相互平行的光线， 它们与光轴的夹角反映轴外点离开轴的距离
三、物方主平面与像方主平面的关系 由几何关系知，两条入射光线都经过Q点， 两条出射光线都经过Q'点，即Q与Q'为一对 共轭点。表明：物方主平面与像方主平面为一对 共轭面，且QH与Q'H'在光轴同一侧且相等， 因此一对主平面的垂直放大率为+1。 一对主平面，加上无限远轴上物点和像方焦点F”,以及物方焦点F和无限远轴上像点 这两对共轭点，就是最常用的共轭系统的基点，它们构成了光学系统的基本模型，可以和具 体的系统相对应。 §23理想光学系统的物像关系 一、图解法求像 指已知一个理想光学系统的主点（主面）和焦点位置，利用光线通过它们后的性质，对 物空间给定的点、线和面，通过画图追踪典型光线求出像的方法。 典型的光线有：平行于光轴入射光线，出射光线经过像方焦点：过物方焦点的光线，出 射光线平行于光轴：倾斜于光轴的平行光束入射后会交于像方焦平面上一点：自物方焦平面 上一点发出的光束经系统后成倾斜于光轴的平行光束：共轭光线在主面上的投射高度相等。 对于轴外点或一垂轴线段的图解法求像：轴上点的图解法求像：轴上点经两个光组的图 解法求像一只要掌握好任意光线的共轭光线的求作方法，逐个求解即可 二、解析法求像 牛顿公式（以焦点为坐标 原点)：物和像的位置相对于光 学系统的焦点来确定，即以物 点A到物方焦点的距离AF为物 距X:以像点A'到像方焦点的 距离A'F'为像距x':它们 的正负号是以相应焦点为原点 来确定，顺光线为正，逆光线 为负
三、物方主平面与像方主平面的关系 由几何关系知，两条入射光线都经过 Q 点， 两条出射光线都经过 Q′点，即 Q 与 Q′为一对 共轭点。表明：物方主平面与像方主平面为一对 共轭面，且 QH 与 Q′H′在光轴同一侧且相等， 因此一对主平面的垂直放大率为+1。 一对主平面，加上无限远轴上物点和像方焦点 F′，以及物方焦点 F 和无限远轴上像点 这两对共轭点，就是最常用的共轭系统的基点，它们构成了光学系统的基本模型，可以和具 体的系统相对应。 §2-3 理想光学系统的物像关系 一、图解法求像 指已知一个理想光学系统的主点（主面）和焦点位置，利用光线通过它们后的性质，对 物空间给定的点、线和面，通过画图追踪典型光线求出像的方法。 典型的光线有：平行于光轴入射光线，出射光线经过像方焦点；过物方焦点的光线，出 射光线平行于光轴；倾斜于光轴的平行光束入射后会交于像方焦平面上一点；自物方焦平面 上一点发出的光束经系统后成倾斜于光轴的平行光束；共轭光线在主面上的投射高度相等。 对于轴外点或一垂轴线段的图解法求像；轴上点的图解法求像；轴上点经两个光组的图 解法求像-只要掌握好任意光线的共轭光线的求作方法，逐个求解即可。 二、解析法求像 牛顿公式（以焦点为坐标 原点）：物和像的位置相对于光 学系统的焦点来确定，即以物 点A到物方焦点的距离AF为物 距 x；以像点 A′到像方焦点的 距离 A′F′为像距 x′；它们 的正负号是以相应焦点为原点 来确定，顺光线为正，逆光线 为负