失。光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光轴，一般为折线。其工作面为两个折射面 和若干个反射面，光线从一个折射面入射，从另一个折射面出射，分别称为入射面和出射面， 一般与光轴垂直。种类有：简单棱镜、屋脊棱镜、立方角棱镜、复合棱镜。 二、棱镜系统的成像方向判断 判断原则：0'Z'坐标轴和光轴的出射方向一致：垂直于主截面的坐标轴。'y'视 屋脊面的个数而定，若为奇数，则其像坐标轴方向与物坐标轴方向y相反；若为偶数，则 一致：平行于主截面的坐标轴0'x'的方向视反射面个数而定（屋脊面相当于两个反射面）， 若为偶数，则物与像的坐标系一致，若为奇数，则坐标系相反 三、反射棱镜的等效作用与展开 反射棱镜有两个折射面和若干反射面组成，其作用相当于平面镜，起转折光路和转像作 用。如不考虑棱镜的反射面作用，可等效为一个平行平板。 在光路计算中，常用一等效平行玻璃平板来取代光线在反射棱镜两折射面之间的光路， 称为棱镜的展开。展开方法：在棱镜主截面内，按反射面的顺序，以反射面与主截面的交线 为轴，依次按反射面顺序作镜像，可得到棱镜的等效平行平板。等效厚度：【=KD。D为棱 镜口径，K为结构参数。 §3-4折射棱镜与光楔 一、折射棱镜的偏转 出射光线与入射光线的夹角6为偏向角。符号规定：由入射光线以锐角转向出射光线， 顺时针为正。由几何关系和折射定律得到：Sm+ 2 2c0s,+) 可见：偏向角与折射角、折射率和入射角都有关。当给定棱镜后，则折射角、折射率 定，偏向角随入射角而变化。 应用：常用测量折射棱镜最小偏向角的方法来测量玻璃的折射率。 二、光楔及其应用 折射角很小的棱镜称为光楔。其偏向角为：6=anc0s-sα(n-l) cos 表明：近轴计算的偏向角，当光线垂直入射或接近垂直入射时，所产生的偏向角仅由光 楔的折射角和折射率决定。光楔在小角度和微位移测量中有重要应用
失。光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光轴，一般为折线。其工作面为两个折射面 和若干个反射面，光线从一个折射面入射，从另一个折射面出射，分别称为入射面和出射面， 一般与光轴垂直。种类有：简单棱镜、屋脊棱镜、立方角棱镜、复合棱镜。 二、棱镜系统的成像方向判断 判断原则：O′Z′ 坐标轴和光轴的出射方向一致；垂直于主截面的坐标轴 o′y′视 屋脊面的个数而定，若为奇数，则其像坐标轴方向与物坐标轴方向 oy 相反 ；若为偶数，则 一致；平行于主截面的坐标轴 O′x′的方向视反射面个数而定（屋脊面相当于两个反射面）， 若为偶数，则物与像的坐标系一致，若为奇数，则坐标系相反。 三、反射棱镜的等效作用与展开 反射棱镜有两个折射面和若干反射面组成，其作用相当于平面镜，起转折光路和转像作 用。如不考虑棱镜的反射面作用，可等效为一个平行平板。 在光路计算中，常用一等效平行玻璃平板来取代光线在反射棱镜两折射面之间的光路， 称为棱镜的展开。展开方法：在棱镜主截面内，按反射面的顺序，以反射面与主截面的交线 为轴，依次按反射面顺序作镜像，可得到棱镜的等效平行平板。等效厚度：L=KD。D 为棱 镜口径，K 为结构参数。 §3-4 折射棱镜与光楔 一、折射棱镜的偏转 出射光线与入射光线的夹角δ为偏向角。符号规定：由入射光线以锐角转向出射光线， 顺时针为正。由几何关系和折射定律得到： ( ) ( ) 1 2 1 2 1 cos 2 sin sin 2 2 1 cos 2 I I n I I + + = + 可见：偏向角与折射角、折射率和入射角都有关。当给定棱镜后，则折射角、折射率一 定，偏向角随入射角而变化。 应用：常用测量折射棱镜最小偏向角的方法来测量玻璃的折射率。 二、光楔及其应用 折射角很小的棱镜称为光楔。其偏向角为： ( ) 1 1 cos 1 1 cos I n n I = − − 表明：近轴计算的偏向角，当光线垂直入射或接近垂直入射时，所产生的偏向角仅由光 楔的折射角和折射率决定。光楔在小角度和微位移测量中有重要应用
三、棱镜色散 同一透明介质对不同波长的单色光具有不同的折射率，因此同一角度入射到折射棱镜上 的不同波长单色光，将有不同的偏向角。当白光经棱镜后将被分解为各种色光，在棱镜后将 得到各种颜色，称为色散。介质折射率随波长变化的曲线，称为色散曲线。 §35光学材料 一、透射材料的光学特征 分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料。其光学特性主要对各种色光的透过率和折射率 决定。光学玻璃最常用，能透过波长为0.35-2.54m的各种色光。光学品体的透射范围更宽， 应用日益广泛。光学塑料将代替光学玻璃，价廉物美，但膨胀系数大。常用于中低档的光学 仪器中。 二、反射光学材料的光学特性 反射光学元件是在抛光玻璃表面镀上高反射率金属材料的薄膜，反射不存在色散，其唯 一光学特性是对各种色光的反射率。 各种金属镀层的反射率各不相同，同一金属材料的反射率随波长的不同而不同， 对光学元件材料的要求：折射材料对工作波段有良好的透过率，而反射元件对工作波段 有很好的反射率。 【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 通过应用实例，加深对理论知识的理解：结合实验“测量光学材料的折射率”加深对折 射棱镜偏转角的理解：自制万花筒，理解双面镜成像特点：解题方法和应用实例，重建学生 的知识结构。 【当堂检测】 安排学生上黑板求解例3-2、例3-4和例3-7，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】
三、棱镜色散 同一透明介质对不同波长的单色光具有不同的折射率，因此同一角度入射到折射棱镜上 的不同波长单色光，将有不同的偏向角。当白光经棱镜后将被分解为各种色光，在棱镜后将 得到各种颜色，称为色散。介质折射率随波长变化的曲线，称为色散曲线。 §3-5 光学材料 一、透射材料的光学特征 分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料。其光学特性主要对各种色光的透过率和折射率 决定。光学玻璃最常用，能透过波长为 0.35~2.5μm 的各种色光。光学晶体的透射范围更宽， 应用日益广泛。光学塑料将代替光学玻璃，价廉物美，但膨胀系数大。常用于中低档的光学 仪器中。 二、反射光学材料的光学特性 反射光学元件是在抛光玻璃表面镀上高反射率金属材料的薄膜，反射不存在色散，其唯 一光学特性是对各种色光的反射率。 各种金属镀层的反射率各不相同，同一金属材料的反射率随波长的不同而不同。 对光学元件材料的要求：折射材料对工作波段有良好的透过率，而反射元件对工作波段 有很好的反射率。 【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 通过应用实例，加深对理论知识的理解；结合实验“测量光学材料的折射率”加深对折 射棱镜偏转角的理解；自制万花筒，理解双面镜成像特点；解题方法和应用实例，重建学生 的知识结构。 【当堂检测】 安排学生上黑板求解例 3-2、例 3-4 和例 3-7，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散学目的： (4)学生掌握人数的百分比：
（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：
第四章光学系统中的光束限制 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 光阑：照相系统中的光佣：望远镜系统中成像光束的选择：显微镜系统中的光束限 制：光学系统景深。 (2)重点与难点分析： 重点：光阑的概念：焦深和景深：光阑位置设定：远心光路。 难点：光阑的概念及设置光阑的意义：判断实际光阑的方法：主光线的判断：物方 远心光路和像方远心光路的意义：场镜的作用。 (3)教学准备 教材、备课笔记、课堂教学PP 【教学目标】 (1)掌握光阑的定义、判断及设置意义； (2)掌握远心光路在测量中的应用。 【教学方法】 (1)小组合作探究 课前导入，由问题：“实际照相系统的可调光圈有什么作用？”引出本次课的主要概 念：光阑。 自主学习，分析“当人在强太阳光下的自主反应，说明了什么现象？”正确解决“谁 是正真的孔径光阑？”等问题：小组互动学习，学生生成问题记录及解决，如“测量用显 微镜和塑远镜系统如何减少测量误差？如何解决景深和焦深？”等的实际应用，由理论知 识具体指导实践。 (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“由实际光路图，找出孔径光阑和视场光阑，画出入瞳出瞳、入
第四章 光学系统中的光束限制 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 光阑；照相系统中的光阑；望远镜系统中成像光束的选择；显微镜系统中的光束限 制；光学系统景深。 （2）重点与难点分析： 重点：光阑的概念；焦深和景深；光阑位置设定；远心光路。 难点：光阑的概念及设置光阑的意义；判断实际光阑的方法；主光线的判断；物方 远心光路和像方远心光路的意义；场镜的作用。 （3）教学准备 教材、备课笔记、课堂教学 PPT 【教学目标】 （1）掌握光阑的定义、判断及设置意义； （2）掌握远心光路在测量中的应用。 【教学方法】 （1）小组合作探究 课前导入，由问题：“实际照相系统的可调光圈有什么作用？”引出本次课的主要概 念：光阑。 自主学习，分析“当人在强太阳光下的自主反应，说明了什么现象？”正确解决“谁 是正真的孔径光阑？”等问题；小组互动学习，学生生成问题记录及解决，如“测量用显 微镜和望远镜系统如何减少测量误差？如何解决景深和焦深？”等的实际应用，由理论知 识具体指导实践。 （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“由实际光路图，找出孔径光阑和视场光阑，画出入瞳出瞳、入
窗和出窗以及主光线”、具体练习见PPT“几何光学习题讲座”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，教师当面指导与网铬指导相结合。 【教学内容】 §4-1光阑 一、孔径光阑 限制轴上物点孔径角U的大小，或限制轴上物点成像光束宽度，并有选择轴外物点成 像光束位置作用的光阑叫孔径光阑。就限制孔径角U大小的作用来说，孔径光阑可以安放 在透镜前：也可放在透镜上与透镜边框重合：甚至可安放在透镜后面。但孔径光阑位置不同， 轴外物点参与成像的光束位置就不同。 孔径光阑的像称为光瞳。孔径光阑经前面光学系统所成的像为入射光瞳，简称入瞳：孔 径光阑经后面光学系统所成的像为出射光瞳，简称出瞳。孔径光阑、入瞳、出瞳是物象关系 若几块口径一定的透镜组合在一起形成一个镜头，对于确定的轴上物点，找孔阑的方法： 从轴上物点追迹一条近轴光线，求出光线在每个折射面上的投射高度，将其与相近折射面的 实际口径相比，则比值最大的折射面的边框就是孔阑：或将每个透镜经前面的光学系统成像 并求像的大小，对轴上物点所张角最小者为孔阑。 二、视场光阑 能清晰成像的物面范围称为光学系统的物方视场：能清晰成像的像面范围称为光学系统 的像方视场：限制物体成像范围的光阑称为视场光阑。视场光阑经前面光学系统所成的像称 为入射窗，简称入窗：视场光阑经后面光学系统所成的像称为出射窗，简称出窗：若视场光 阑安放在像面上，入窗就和物平面重合，出窗为视场光阑本身：若视场光阑安放在物平面上， 入窗与视场光阑重合，出窗与像平面重合：入窗、视场光阑、出窗互为物像关系。把入射光 束中通过入瞳中心的光线称为主光线，它代表 光束的中心。 §4-2实际系统中的光束限制 一、照相系统的光丽 普通照相系统由三部分组成：照相镜头、 光
窗和出窗以及主光线”、具体练习见 PPT“几何光学习题讲座”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】 §4-1 光阑 一、孔径光阑 限制轴上物点孔径角 U 的大小，或限制轴上物点成像光束宽度，并有选择轴外物点成 像光束位置作用的光阑叫孔径光阑。就限制孔径角 U 大小的作用来说，孔径光阑可以安放 在透镜前；也可放在透镜上与透镜边框重合；甚至可安放在透镜后面。但孔径光阑位置不同， 轴外物点参与成像的光束位置就不同。 孔径光阑的像称为光瞳。孔径光阑经前面光学系统所成的像为入射光瞳，简称入瞳；孔 径光阑经后面光学系统所成的像为出射光瞳，简称出瞳。孔径光阑、入瞳、出瞳是物象关系。 若几块口径一定的透镜组合在一起形成一个镜头，对于确定的轴上物点，找孔阑的方法： 从轴上物点追迹一条近轴光线，求出光线在每个折射面上的投射高度，将其与相近折射面的 实际口径相比，则比值最大的折射面的边框就是孔阑；或将每个透镜经前面的光学系统成像 并求像的大小，对轴上物点所张角最小者为孔阑。 二、视场光阑 能清晰成像的物面范围称为光学系统的物方视场；能清晰成像的像面范围称为光学系统 的像方视场；限制物体成像范围的光阑称为视场光阑。视场光阑经前面光学系统所成的像称 为入射窗，简称入窗；视场光阑经后面光学系统所成的像称为出射窗，简称出窗；若视场光 阑安放在像面上，入窗就和物平面重合，出窗为视场光阑本身；若视场光阑安放在物平面上， 入窗与视场光阑重合，出窗与像平面重合；入窗、视场光阑、出窗互为物像关系。把入射光 束中通过入瞳中心的光线称为主光线，它代表 光束的中心。 §4-2 实际系统中的光束限制 一、照相系统的光阑 普通照相系统由三部分组成：照相镜头