安徽大学本科教学课程 教案 莴博至至 行学整誡 课程名称： 工程光学 课程代码： ZH37096 开课单位： 电气学院测控系 授课教师： 李桂华 职称/学位： 副教授 开课时间：二○一二至二○一三学年第一学期
安徽大学本科教学课程 教案 课程名称： 工 程 光 学 课程代码： ZH37096 开课单位： 电气学院测控系 授课教师： 李桂华 职称/学位： 副教授 开课时间：二○一二 至二○一三学年第一学期
课程基本情况 课程 课程 编号 ZH37096 名称 工程光学 电气工程与自动化学院 课程 考 学分 ￥ 方式 ■考试口考查口其他方式： 课程 口公共基础课 ■专业必修课（包括专业基础课和专业核心课）口专业选修课 类别 口人文与科技素质教育课 口其他课程 学时 数总学时：82理论学时：64实验学时：18 上机学时： 任课 李桂华 职称 副教授 教师来■本校教师 源 口外聘教师 使用 教材 ■统编教材 口自编数材或讲义 书名 作者 出版社 出版时 间 教材 工程光学 郁道银 机械工业出版社 2011年 工程光学 刘晨 国防工业出版社 2012年 光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社 2012年 应用光学 胡玉蓓、安连生 中国科技大学出版社 2002年 光学设计手册 萧泽新 电子工业出版社 2003年 应用光学与光学设计基础 迟泽英 东南大学出版社 2008年 物理光学 梁铨延 电子工业出版社 2008年 应用光学 张以谟 电子工业出版社 2008年 光学 母国光、战元龄 高等教育出版社 2009年
课程基本情况 课程 编号 ZH37096 课程 名称 工程光学 教学 单位 电气工程与自动化学院 课程 学分 4 考核 方式 ■ 考试 □ 考查 □ 其他方式： 课程 类别 □ 公共基础课 ■ 专业必修课（包括专业基础课和专业核心课） □ 专业选修课 □ 人文与科技素质教育课 □ 其他课程 学时 数 总学时： 82 理论学时： 64 实验学时： 18 上机学时： 任课 教师 李桂华 职称 副教授 教师来 源 ■ 本校教师 □ 外聘教师 使用 教材 ■ 统编教材 □ 自编教材或讲义 书名 作者 出版社 出版时 间 教材 工程光学 郁道银 机械工业出版社 2011 年 教学 参考 用书 工程光学 刘晨 国防工业出版社 2012 年 光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社 2012 年 应用光学 胡玉禧、安连生 中国科技大学出版社 2002 年 光学设计手册 萧泽新 电子工业出版社 2003 年 应用光学与光学设计基础 迟泽英 东南大学出版社 2008 年 物理光学 梁铨延 电子工业出版社 2008 年 应用光学 张以谟 电子工业出版社 2008 年 光学 母国光、战元龄 高等教育出版社 2009 年
第一章几何光学基本定律与成像概念 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 几何光学的基本定律：成像的基本概念与完善成像条件：光路计算与近轴光学系统 球面光学成像。 (2)重点与难点分析： 重点：几何光学的基本定律；光程的定义和费马定理：完善成像的概念及条件：几 何光学各参数基本概念的符号规则：近轴光路计算及球面镜成像计算。 难点：用费马定理证明反射和折射定律：成完善像的概念：基本参数的符号规定： 近轴光学系统的理解：球面光学成像计算。 (3)教学准备 教材、备课笔记、课堂教学PPT 【教学目标】 (1)掌握理想几何光学系统的基本定律和完善成像的概念； (2)掌握近轴球面光学系统的计算 【教学方法】 (1)小组合作探究 课前导入，给出在水里的光源照到水面时不同的方向光传播情况的视图，分析入射光 反射光、折射光的特点，甚至发生全反射，用生活中大家都熟悉的光学现象，引出几何光 学的基本定律。 小组互动学习，解决“如何用解析和几何方法证明反射定律和折射定律？”，引出费 马定理。自主学习，以照镜子为例，明确像的虚实、成完普像的条件，以及光路计算所遵 守的计算规则。 (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
第一章 几何光学基本定律与成像概念 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 几何光学的基本定律；成像的基本概念与完善成像条件；光路计算与近轴光学系统； 球面光学成像。 （2） 重点与难点分析： 重点：几何光学的基本定律；光程的定义和费马定理；完善成像的概念及条件；几 何光学各参数基本概念的符号规则；近轴光路计算及球面镜成像计算。 难点：用费马定理证明反射和折射定律；成完善像的概念；基本参数的符号规定； 近轴光学系统的理解；球面光学成像计算。 （3） 教学准备 教材、备课笔记、课堂教学 PPT 【教学目标】 （1）掌握理想几何光学系统的基本定律和完善成像的概念； （2）掌握近轴球面光学系统的计算。 【教学方法】 （1） 小组合作探究 课前导入，给出在水里的光源照到水面时不同的方向光传播情况的视图，分析入射光、 反射光、折射光的特点，甚至发生全反射，用生活中大家都熟悉的光学现象，引出几何光 学的基本定律。 小组互动学习，解决“如何用解析和几何方法证明反射定律和折射定律？”，引出费 马定理。自主学习，以照镜子为例，明确像的虚实、成完善像的条件，以及光路计算所遵 守的计算规则。 （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“己知球面镜的曲率半径和物体位置，求像的位置，并判断虚实” 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】 §1-1几何光学的基本定律 一、光波与光线 可见光的波长范围：380-780nm:单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色， 称之为单色光：复色光：由不同波长的光混合成的光 称为复色光：白光是由各种波长光混合在一起而成的C=3×10m/5 中的速度 一种复色光。 光源（发光体）：从物理学的角度看，能辐射光能的物体称为光源。一切自身发光或受 照发光的物体可看成光源。 点光源（发光点）：当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，此光源可认 为是点光源。如：人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 光线：在几何光学中，将发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线。光 线是无直径、无体积，而有方向性的几何线，其方向代表光能传播的方向。 波面（波阵面）：光波向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的点所构成的曲面称 为波面。光的传播即为光波波面的传播，即 沿者波面法线方向传播。 光束：与波面对应的所有光线的集合。 二、几何光学基本定律 光的直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光是沿直线传播的，且在途中不遇 到小孔、狭缝和不透明的小屏障等阻挡。 光的独立传播定律：从不同发光体发出的互相独立的光线，以不同方向相交于空间介质 中某一点，彼此互不影响，各光线独立传播。 光的折射定律与反射定律：光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射 即一部分光能量反射回原介质，另一部分光能量折射入另一介质
训练、变式练习等，如“已知球面镜的曲率半径和物体位置，求像的位置，并判断虚实” 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】 §1-1 几何光学的基本定律 一、光波与光线 可见光的波长范围：380-780nm；单色光：同一波长的光引起眼睛的感觉是同一个颜色， 称之为单色光；复色光：由不同波长的光混合成的光 称为复色光；白光是由各种波长光混合在一起而成的 一种复色光。 光源（发光体）：从物理学的角度看，能辐射光能的物体称为光源。一切自身发光或受 照发光的物体可看成光源。 点光源（发光点）：当光源的大小与辐射光能的作用距离相比可以忽略时，此光源可认 为是点光源。如：人在地球上观察体积超过太阳的恒星仍认为是一个发光点。 光线：在几何光学中，将发光点发出的光抽象为许多携带能量并带有方向的几何线。光 线是无直径、无体积，而有方向性的几何线，其方向代表光能传播的方向。 波面（波阵面）：光波向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的点所构成的曲面称 为波面。光的传播即为光波波面的传播，即 沿着波面法线方向传播。 光束：与波面对应的所有光线的集合。 二、几何光学基本定律 光的直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光是沿直线传播的，且在途中不遇 到小孔、狭缝和不透明的小屏障等阻挡。 光的独立传播定律：从不同发光体发出的互相独立的光线，以不同方向相交于空间介质 中某一点，彼此互不影响，各光线独立传播。 光的折射定律与反射定律：光在两种各向同性、均匀介质分界面上要发生反射和折射。 即一部分光能量反射回原介质，另一部分光能量折射入另一介质
光路的可逆性原理：即光线的传播是可逆的。 三、费马定律（极端光程定律） 费马定律：光从一点传播到另一点，其间无论经过多少 次折射或反射，其光程为极值。即光是沿着光程为极值（极 大、极小或常数)的路径传播的。 Snell's aw:n sin-n2 sinB2 光程：指光在介质中传播的几何路程1与该介质折射率 的乘积。S=nl 例题1：由费马原理导出折射定律。 四、马吕斯定律 指出：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射 波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 表明：垂直于波面的光线束经过任意多次折、反射后，无论折、反射面如何，出射光束 仍垂直于出射波面。 §1-2成像的基本概念与完善成像条件 一、光学系统与成像概念 完善像点：如果一以物点为中心的同心光束球面波经过光学系统后仍为一球面波，对应 的光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点。 完普像：物体上每个点经过光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经过光学系统后 的完善像。 物空间：物体所在的空间。（∞，+∞） 像空间：像所在的空间。（©，+∞） 共轴光学系统：如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心同在一条直线上，则 该光学系统称为共轴光学系统。该直线即为光轴。 二、完善成像条件 入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。或入射光为同心光束时，出射光也为同心 光束。或物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。 三、物、像的虚实 实物点或实像点：由实际光线相交所成的点，可用屏幕或胶片记录。 虚物点或虚像点：由光线的延长线相交所形成的点。只能为人眼所观察，而不能被记录：
光路的可逆性原理：即光线的传播是可逆的。 三、费马定律（极端光程定律） 费马定律：光从一点传播到另一点，其间无论经过多少 次折射或反射，其光程为极值。即光是沿着光程为极值（极 大、极小或常数）的路径传播的。 光程：指光在介质中传播的几何路程 l 与该介质折射率 n 的乘积。S=nl 例题 1：由费马原理导出折射定律。 四、马吕斯定律 指出：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射 波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。 表明：垂直于波面的光线束经过任意多次折、反射后，无论折、反射面如何，出射光束 仍垂直于出射波面。 §1-2 成像的基本概念与完善成像条件 一、光学系统与成像概念 完善像点：如果一以物点为中心的同心光束球面波经过光学系统后仍为一球面波，对应 的光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统所成的完善像点。 完善像：物体上每个点经过光学系统后所成完善像点的集合就是该物体经过光学系统后 的完善像。 物空间：物体所在的空间。（-∞，+∞） 像空间：像所在的空间。 （-∞，+∞） 共轴光学系统：如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心同在一条直线上，则 该光学系统称为共轴光学系统。该直线即为光轴。 二、完善成像条件 入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。或入射光为同心光束时，出射光也为同心 光束。或物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。 三、物、像的虚实 实物点或实像点：由实际光线相交所成的点，可用屏幕或胶片记录。 虚物点或虚像点：由光线的延长线相交所形成的点。只能为人眼所观察，而不能被记录；
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