工程光學教案

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1、 教 案 2009 ～2010 學年第 學期 系部 數(shù)理系 教研室(實驗室) 光電信息技術教研室 課 程 名 稱 工程光學 適用班級 光信息科學與技術專業(yè)二年級學生 主 講 教 師 陳小韻 職 稱 講師 二○ 年 月 日 廈門理工學院教務處 制 首 頁 課程名稱 工程光學 授課對象 光信息科學與技術專業(yè)二年級學生 課程編號 課程類型 必修課 公共基礎課（ ）；專業(yè)基礎課（√）；專業(yè)課（ ） 選修課 限選課（ ）；任選課（ ） 授課方式 課堂講授（√）；實踐課（ ） 考核方式

2、考試（√）；考查（ ） 課程教學 總學時數(shù) 72 學 分 數(shù) 4 學時分配 課堂講授 72 學時； 實踐課 學時 基 本 教 材 和 主 要 參 考 資 料 序號 教材名稱 作者 出版社 出版時間 1 工程光學（第2版） 郁道銀等 機械工業(yè)出版社 2007 2 《物理光學》 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥 北京理工大學出版社 2005 3 《Principles of Optics》 Max Born and Emil Wolf Cambridge University Press 1999 4 《物理光學與應用光

3、學》 石順祥、張海興、劉勁松 西安電子科技大學出版社 2000 5 《物理光學》 劉晨 合肥工業(yè)大學出版社 2007 6 《幾何光學實驗》（第1版） 楊之昌 上?？茖W技術出版社 1984 授課教師 陳小韻 職稱 講師 授課時間 教學 目的 要求 本課程是一門專業(yè)基礎課，主要講授幾何光學和物理光學方面的基本理論、基本方法和典型光學系統(tǒng)實例及應用。通過本課程的學習，學生應能對光學的基本概念、基本原理和典型系統(tǒng)有較為深刻的認識，為學習光學設計、光信息理論和從事光學研究打下堅實的基礎。 本課程的主要要求： 1．

4、系統(tǒng)掌握幾何光學的基礎理論，包括基本定律、球面和共軸球面系統(tǒng)理論、理想光學系統(tǒng)理論，平面鏡與棱鏡系統(tǒng)理論和光學系統(tǒng)中光闌的概念。 2． 了解光能與顏色的基本量和相關概念。 3． 掌握光學系統(tǒng)像差的基本概念、產生原因、危害和校正方法，了解像差的計算。 4． 掌握三種典型的光學系統(tǒng)，即：顯微系統(tǒng)、望遠系統(tǒng)和攝影系統(tǒng)，并了解一些現(xiàn)代光學系統(tǒng)的相關知識。 5． 掌握光的電磁理論及光波疊加的相關知識。 6． 掌握光的干涉、衍射、偏振的理論和計算。 7． 掌握傅立葉光學的基本概念和主要理論。 8． 了解導波光學和激光的基礎知識。 教學 重點 難點 其中第二章理想光學系統(tǒng)、

5、第七章典型光學系統(tǒng)、第九章光學系統(tǒng)的像質評價和像質公差、第十二章光的干涉和干涉系統(tǒng)和第十三章光的衍射是重點，第四章和第十三章是難點，針對教學內容中的重點和難點內容，我們采取重點授課、難點適當增加學時、采用形象的課件展示，講思路，講方法的教學方法，使學生真正理解和掌握重點和難點內容。 注：表中（）選項請打“√” 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 1 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 課程概率、簡介 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個

6、層次）： 1． 使學生了解光學的發(fā)展史、重要性及展望，以及學習物理學的方法和科學態(tài)度； 2．基本要求以及應該為學習做好準備。 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 內容：光學發(fā)展的歷史回顧 近代光學與信息科學 光學的研究內容 教學基本內容： 一．自我介紹與該課程的教學要求；(10分鐘) 二．光學的發(fā)展歷史 (20分鐘) 古代光學 幾何光學 光學研究范疇： 光學傳播規(guī)律 光與物質相互作用 光學儀器 三．現(xiàn)代光學的發(fā)展及內容 (35分鐘) 20世紀末世界科學幾大發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)

7、代光學的發(fā)展 四．光學在日常生活中的應用以及實物展示 (15分鐘) 對光學現(xiàn)象的新認識 高級光學儀器原理 實物展示 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cam

8、bridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 2 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第一

9、章 幾何光學的基本定律和成像概念 第一節(jié) 幾何光學基本定律 第二節(jié) 完善成像條件的概念和相關表述 第三節(jié) 光路計算與近軸光學 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 了解：光學傳播的6個定律；完善成像條件的概念 熟悉：完善成像條件的概念和相關表述 應用光學中的符號規(guī)則 光學傳播： 1）光的直線傳播定律 2）光的獨立傳播定律 3）反射定律和折射定律（全反射及其應用） 4）光路的可逆性 完善成像條件的概念 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：完善成像條件的概念和相關表述 難點： 光學傳播 1）光的直線傳播定律 2）光的獨立傳播

10、定律 3）反射定律和折射定律（全反射及其應用） 4）光路的可逆性 難點：完善成像條件的概念 應用光學中的符號規(guī)則，包括數(shù)值、正負以及相應的物理意義 教學基本內容： 1． 幾何光學基本定律： 1）光的直線傳播定律 2）光的獨立傳播定律 3）反射定律和折射定律（全反射及其應用） 4）光路的可逆性 5）費馬原理（最短光程原理） 6）馬呂斯定律。 2完善成像條件的概念 透鏡的種類 像物的敘事 判斷的標準 3 應用光學中的符號規(guī)則： 符號規(guī)則 線段：光軸線段；垂軸線段 角度：起始邊規(guī)定 三種不同情況 教學方法

11、及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，

12、2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 3 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第四節(jié) 球面光學成像系統(tǒng) 第五節(jié) 共軸球面系統(tǒng) 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：物象關系式 光學追跡理論 單個折射球面的光線光路計

13、算公式（近軸、遠軸） 垂軸放大率 軸向放大率 角放大率 拉赫不變量 了解：共軸球面系統(tǒng)的定義 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：物象關系式 光學追跡理論 近軸近似 3種放大率：垂軸放大率；軸向放大率；角放大率 難點：光線光路計算公式（近軸、遠軸） 小l公式組，大 L公式組 拉赫不變量 教學基本內容： 1 物象關系式 2光線追跡理論 單個折射球面的光線光路計算公式（遠軸） 小l公式 3 近軸近似與完美成像 完美成像條件 像差 近軸近似 單個折射球

14、面的光線光路計算公式（近軸） 大L公式 4 單個折射面的成像公式，包括垂軸放大率b、軸向放大率a、角放大率γ、拉赫不變量等公式。 垂軸放大率b的物理意義 垂軸放大率b的正負與物象的虛實倒立關系 軸向放大率a的物理意義 軸向放大率a與垂軸放大率b之間的關系 角放大率γ的物理意義 角放大率γ與垂軸放大率b之間的關系 三種放大率的推導關系 拉赫不變量 5共軸球面的定義 共軸球面過渡公式： 將第一個折射面像空間參數(shù)轉化為第二個折射面物空間參數(shù)，稱為過渡公式 過渡公式對之前的小l和大L成像公式也適用

15、 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥

16、工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 4 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第二章 理想光學系統(tǒng) 第一節(jié) 理想光學系統(tǒng)與共線成像理論 第二節(jié) 理想光學系統(tǒng)的基點與基面 第三節(jié) 理想光學系統(tǒng)的物像關系 教學目的、要求（分掌

17、握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：理想光學系統(tǒng)光學特性 共線成像理論 理想光學系統(tǒng)的基點與基面的定義和劃分 單個折射球面的主平面和焦點 理想光學系統(tǒng)的物像關系 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：掌握：理想光學系統(tǒng)光學特性 共線成像理論 共軛概念 理想光學系統(tǒng)的基點與基面的定義和劃分 單個折射球面的主平面和焦點 理想光學系統(tǒng)的物像關系 可供選擇的典型光線和可供利用的性質 難點：理想光學系統(tǒng)的基點與基面的定義和劃分 確定物象關系（利用典型光線和特殊性質） 包括正負光組

18、 教學基本內容： 第一節(jié) 理想光學系統(tǒng)與共線成像理論 1為何要研究理想光學系統(tǒng) 2完善成像的理想模型：理想光學系統(tǒng)，即高斯光學 3理想光學系統(tǒng)的物象關系特性： 共軛概念 共線成像理論 第二節(jié) 理想光學系統(tǒng)的基點與基面 理想光祖的特殊點和平面：基點、基面 無限遠軸上物點發(fā)出的光線 像方焦點、像方焦平面；像方主點、主平面；像方焦距 無限遠軸外物點發(fā)出的光線 物方焦點、物方焦平面；物方主點、主平面；物方焦距 物方主平面與像方主平面之間的關系 第三節(jié) 理想光學系統(tǒng)的物像關系 單個折射球面的主平面和焦點 如果已知共軸光學系統(tǒng)的一對主平面和兩個焦點的位

19、置，就能根據它們找出物空間任意物點的像！ 可供選擇的典型光線和可供利用的性質（多種情況） 正光組，實物成像 (b) 物在二倍焦距上 實物成等大倒立實像，位于二倍像方焦點上。分立兩側 （c）物在二倍焦距之內，一倍焦距之外 成放大倒立實像，像在二倍焦距外兩側 （d）物在焦平面上 成像于像方無限遠, 兩側 (e) 物在一倍焦距內 實物成放大正立虛像，同側 正光組、虛物成像 (a )虛物在一倍焦距內 (b)虛物在一倍焦距之外，二倍焦距之內 (c)虛物在二倍焦距之外 負光組，實物成像 （a）物在二倍焦距外 （b）物在一倍焦距外，二倍焦距內 （c）物在一倍焦距內

20、 負光組，虛物成像 （a）虛物，右側，一倍焦距內 （b）虛物，右側，一倍焦距以外，二倍焦距以內 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》,

21、 Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 5 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 授課題目（教學章、節(jié)或主題）

22、： 第三節(jié) 理想光學系統(tǒng)的物像關系式 第四節(jié) 理想光學系統(tǒng)的放大率 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：圖解法和解析法求像方法 理想光學系統(tǒng)的三種放大率：包括垂軸放大率b、軸向放大率a、角放大率γ以及相互關系 拉赫公式的推導 熟悉：牛頓公式、高斯公式 理想光學三種放大率的物理意義 拉赫不變 光焦度的概念 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：牛頓公式、高斯公式 圖解法和解析法求物象 理想光學系統(tǒng)的三種放大率：包括垂軸放大率b、軸向放大率a、角放大率γ以及相互關系

23、拉赫公式的推導 系統(tǒng)的節(jié)點 難點：圖解法（尤其是負光組） 疑點：光焦度與普通透鏡 教學基本內容： 圖解法：正光組：已知系統(tǒng)和物，求像；已知系統(tǒng)和像，求物；已知物象，求系統(tǒng)的基點。 負光組：已知系統(tǒng)和物，求像；已知系統(tǒng)和像，求物；已知物象，求系統(tǒng)的基點。 解析法求物象：牛頓公式、高斯公式的推導和一致性 主焦面基點 牛頓公式的推導 主平面基點 高斯公式的推導 牛頓公式、高斯公式其實是對同一種物象關系的不同描述 理想光學系統(tǒng)的三種放大率： 包括垂軸放大率b、軸向放大率a、角放大率γ以及相互關系 物方焦距和像方焦距的關系

24、 光學系統(tǒng)的像方焦距與物方焦距之比等于相應介質折射率之比 光焦度 理想光組的拉赫公式 光學系統(tǒng)的節(jié)點 性質：通過物方節(jié)點 J 的入射光線，經光組后其出射光線必經過像方節(jié)點 J ’，且方向不變。 拉赫不變量 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max B

25、orn and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 6 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題

26、課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第五節(jié) 理想光學系統(tǒng)的組合 第六節(jié) 透鏡 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：焦點位置公式 等效光組的橫向放大率 過渡公式 光焦度 透鏡主點（面）和焦點（面）的位置 各種透鏡基點（面）位置分析 了解：焦距有限的系統(tǒng)和無焦系統(tǒng) 特定系統(tǒng)：攝遠與反攝遠物鏡 各種曲面組合的透鏡系統(tǒng) 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：等效光組的橫向放大率 過渡公式 光焦度

27、 透鏡主點（面）和焦點（面）的位置 各種透鏡基點（面）位置分析 難點：理想光學系統(tǒng)兩焦距之間的關系 理想光學系統(tǒng)的組合公式 正切計算法。 教學基本內容： 第五節(jié) 理想光學系統(tǒng)的組合 一、焦點位置公式 三、主點位置的確定 四、等效光組的橫向放大率 五、過渡公式 理想光學系統(tǒng)的放大率概念及公式 理想光學系統(tǒng)兩焦距之間的關系 理想光學系統(tǒng)的組合公式 正切計算法 六、焦距有限的系統(tǒng)和無焦系統(tǒng) 七、攝遠與反攝遠物鏡 反攝遠物鏡 多光組組合計算 第六節(jié) 透鏡： 1光焦度形式來表示透鏡曲率: 透鏡主點（面）和焦點（面）的位置 各種透鏡基點（面

28、）位置分析 2 例題分析 3第二章理想光學系統(tǒng)總結 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，

29、《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上海科學技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 7 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第三章 平面與平面系統(tǒng) 第一節(jié) 平面鏡的成像 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解

30、三個層次）： 掌握：平面光學元件的種類和作用 單平面鏡的成像特性 雙平面鏡的成像特性 平面鏡的旋轉特性 光學杠桿原理和應用 了解：平面鏡棱鏡在光學系統(tǒng)中的作用 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：單平面鏡的成像特性 雙平面鏡的成像特性 難點：雙平面鏡的成像特性 平面鏡的旋轉特性 教學基本內容： 第三章平面與平面系統(tǒng) 平面鏡棱鏡在光學系統(tǒng)中的作用： 改變共軸系統(tǒng)的光軸方向（減少體積和減輕重量） 改變像的方向 利用平面鏡轉動作用擴大儀器的放大率 改變觀察方向擴大儀器的觀測范圍 實現(xiàn)分光、合像和微位移 一、單平

31、面鏡的成像特性 平面鏡能使整個空間任意物點理想成像；物點和像點對平面鏡而言是對稱的； 物和像大小相等，但形狀不同； 凡一次鏡面反射或奇次 鏡面反射像被稱為鏡像； 二、雙平面鏡的成像特性 凡一次鏡面反射或奇次鏡面反射像被稱為鏡像； 凡二次鏡面反射或偶次 鏡面反射像被稱為一致像 平面鏡的旋轉及其應用 平面鏡的旋轉與平移效應 β角與I角的大小無關，只取決于兩平面鏡夾角的大小θ 當雙平面鏡繞棱線轉動時，只要保持θ角不變，二次反射像是不動的，即出射光線的方向不變，但光線位置要產生平行位移。 雙平面鏡具有以下成像性質： 二次反射像的位置應在物體繞棱線（P點）轉動2θ角處，轉動方

32、向應是反射面按反射次序，由P1轉到P2的方向。 二次反射像與原物坐標系相同，成一致像。 位于主截面（兩平面鏡的公共垂直面）內的光線，不論入射光線方向如何，出射光線的轉角永遠等于兩平面鏡夾角的兩倍。 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born a

33、nd Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 8 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實

34、踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第二節(jié) 平行平板 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握： 平行平板的成像特性，近軸區(qū)內的軸向位移公式。 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：平行平板的成像特性 難點： 平行平板近軸區(qū)內的軸向位移公式。 教學基本內容： 第二節(jié) 平行平板 由兩個相互平行的折射平面構成的光學元件稱為平行平面板。 用棱鏡來代替平面鏡，就相當于在光學系統(tǒng)中多加了一塊平行平面板。 如標尺、刻有標志的分劃板、補償板、濾光鏡、保護玻璃等等 光線移動的距離隨入射角的不同

35、而不同 同樣也隨平板的厚度不同而變化 從具有不同入射角的各條光線經平行平面板折射后，具有不同的軸向位移量， 這就說明，同心光束經平行平面板后變?yōu)榉峭墓馐?，成像是不完善的? 對于近軸光線而言，其軸向位移只和平行平面板的厚度d及玻璃折射率n有關，而與入射角i無關。 因此，物點以近軸光經平行平面板成像是完善的 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980

36、 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上海科學技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周

37、第 節(jié) 課次 9 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第三節(jié) 反射棱鏡 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：反射棱鏡基本定義 反射棱鏡等效作用與展開方法 了解：棱鏡的結構參數(shù) 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：反射棱鏡基本定義 反射棱鏡等效作用與展開方法 棱鏡的結構參數(shù) 難點：反射棱鏡等效作用與展開方法 教學基本內容： 第三節(jié) 反射棱鏡 反射棱鏡：把

38、多個反射面做在同一塊光學材料（如玻璃）上的光學零件 一、基本定義 等效作用　反射棱鏡有兩個折射面和若干反射面，若不考慮反射面，光線在兩個折射面之間的行為等效于一個平行平板 等效作用與展開方法 把棱鏡的光軸截面沿著它的反射面展開，取消棱鏡的反射，以平行玻璃板的折射代替棱鏡折射的方法稱為“棱鏡的展開” 展開方法　 利用棱鏡反射面的性質，將轉折的光路拉直。 平行平板的厚度就是反射棱鏡的展開長度或稱光軸長度（L） 展開后應先找到棱鏡限制光束的位置，再求尺寸，即棱鏡通光光束的口徑（D） 棱鏡的結構參數(shù) 屋脊棱鏡： 這種兩個互相垂直的反射面稱為屋脊面， 而帶有屋脊面的棱鏡稱

39、為屋脊棱鏡 屋脊面的作用：在不改變光軸方向和主截面內成像方向的條件下，增加一次反射，使系統(tǒng)總的反射次數(shù)由奇數(shù)變成偶數(shù)，從而達到物像相似的要求。 屋脊棱鏡的平面表示方法 普通棱鏡和復合棱鏡等。 普通棱鏡：簡單棱鏡、屋脊棱鏡等。 利用法則來確定 （主要確定Z′、Y′方向） 即物空間為右手坐標 （一）一次反射棱鏡 （二）二次反射棱鏡 （三）三次反射棱鏡 成像方向的規(guī)則： （1）x軸：經平面鏡與棱鏡系統(tǒng)反射后，其光軸出射方向即是x’ 的方向。 （2）z軸：其反射后的方向由屋脊面的個數(shù)而定：當沒有屋脊面或屋脊面為偶數(shù)時，z’方向與z方向相同；當屋脊面為奇數(shù)時，z’ 方向與

40、z方向相反。 （3）y 軸：若總反射次數(shù)為奇數(shù)，成鏡像；若總反射次數(shù)為偶數(shù)，成一致像； 幾種復合棱鏡及特殊性質和應用 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics

41、》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 10 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主

42、題）： 第四章 光學系統(tǒng)中的光束限制 第一節(jié)光闌 　　第二節(jié)照相系統(tǒng)和光闌 　　第三節(jié)望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握： 孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系。 視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系。 了解： 漸暈、漸暈光闌、漸暈系數(shù)的定義及漸暈光闌和視場光闌的關系。 照相系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。 望遠系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：光闌的定義： 光闌在光學系統(tǒng)中的作用 孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系。

43、視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系。 難點：孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系。 視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系 教學基本內容： 光闌:組成光學系統(tǒng)的所有零件都有一定的尺寸大小 裝夾透鏡和其他零件的金屬框的內孔邊緣就是限制光束的光孔，這個光孔對光學零件來說被稱為“通光孔徑” 光闌按上述的作用分為： 孔徑光闌 視場光闌 消雜光光闌 漸暈光闌 以普通照相機來說明光闌 入射光瞳通過整個光學系統(tǒng)所成的像就是出射光瞳 通過入射光瞳中心的光線稱為主光線 由于共軛關系，主光線也必然通過孔徑光闌中心和出瞳中心。 顯微系統(tǒng)和投影系統(tǒng)的物

44、鏡常用nsinUmax表示，被稱之為數(shù)值孔徑，用NA表示 光學系統(tǒng)的孔徑光闌只是對一定位置的物體而言的 如果孔徑光闌或入射光瞳都非常小時，只有沿主光線的一束無限細光束能通過光學系統(tǒng) 與孔徑光闌類似，視場光闌被其前面的光組在整個系統(tǒng)的物空間所成的像稱為入射窗（簡稱入窗）。 把除孔徑光闌外的所有光孔通過其后面的光組在整個系統(tǒng)的像空間成像時，出射窗對出射光瞳中心的張角為最小。 出射窗限制了像方視場范圍 入射窗和出射窗共軛。 入射窗、視場光闌和出射窗在各自的空間對同一條主光線起限制作用，主光線和光軸間的夾角即表示整個光學系統(tǒng)的視場角。 視場光闌是對一定位置的孔徑光闌而言的 在多

45、數(shù)情況下，入射窗并不能完全決定光學系統(tǒng)的成像范圍 在物面上按其成像光束孔徑角的不同可分為三個區(qū)域 用眼睛通過放大鏡觀察物面時，由放大鏡和眼睛組成的光學系統(tǒng)就是這樣。 光學系統(tǒng)的視場大小用兩種方法表示 線視場：對近距離成像的光組，常用能看到的物平面直徑來表示 視場角：對遠距離或無限遠物體成像的光組，常用角度來表示其視場的大小 這就是前面談到過的物方視場角2ω和像方視場角2ω。 孔徑光闌和視場光闌是光學系統(tǒng)中起重要作用的兩種光闌， 前者主要限制成像光束的孔徑，即決定像的照度。 后者決定視場，即物體被成像的范圍。 切不可把孔徑光闌和視場光闌混為一談 教學方法

46、及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，

47、2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 11 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第四節(jié)顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：顯微系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。 遠心光路 教學內

48、容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：顯微系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。 遠心光路 教學基本內容： 第四節(jié) 顯微系統(tǒng)中的內容 遠心光路 物方遠心光路和像方遠心光路 在光學儀器中，很大一部分儀器用來測量長度 一類儀器是光學系統(tǒng)有一定放大率，使被測物的像和標準刻尺相比，求被測物體的長度，如工具顯微鏡等計量儀器。 另一類儀器是把一標尺放在不同的位置，光學系統(tǒng)改變放大率，使標尺的像等于一個已知值，來求儀器到標尺間距離，如大地測量儀器中的視距測量。 在工具顯微鏡光學系統(tǒng)的實像平面上，放置已知刻度值的透明刻尺（稱為分劃板） 分劃板上刻尺的格值已考

49、慮了物鏡的放大率 按此方法測量，刻尺與物鏡之間的距離應保持不變，使物鏡的放大率保持常數(shù) 這種測量方法的測量精度在很大程度上取決于像平面與刻尺平面的重合程度。 由于景深及調焦誤差，不可能做到真正的重合，會引起一些誤差。 像平面與分劃板不重合的現(xiàn)象稱為視差。 由于視差而引起長度測量誤差可由下圖來說明。 為了減少視差對測量精度的影響，可以由控制主光線的方向來達到。 由于入瞳在無限遠處，物方主光線平行于光軸的光學系統(tǒng)，故稱為物方遠心光路。 在大多數(shù)的計量光學儀器中，其孔徑光闌（或出瞳）常安置在顯微鏡物鏡或投影物鏡像方焦平面上以形成物方遠心光路以提高觀測精度。 在

50、光學儀器中常采用另一種光路→像方遠心光路 它是孔徑光闌（或入瞳）安置在整個光組的物方焦平面上形成的 這種光學系統(tǒng)因為出瞳位于像方無限遠處，平行于光軸的像方主光線在無限遠處會聚于出瞳中心，因此稱為像方遠心光路。 像方遠心光路常用在大地測量儀器（光組為望遠鏡系統(tǒng)）中以提高測距精度。 這種光路也常用在照明系統(tǒng)中，以使它與成像系統(tǒng)的物方遠心光路相配合。 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題：

51、 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上海科學技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可

52、不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 12 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第五節(jié) 光學系統(tǒng)的景深 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：景深、遠景景深、近景景深的概念，景深公式和影響因素 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：景深、遠景景深、近景景深的概念，景深公式和影響因素 教學基本內容： 光學系統(tǒng)的景深 上節(jié)討論在垂直于光軸的平面上點的成像問

53、題。 如：照相制版物鏡和電影放映物鏡 實際上有很多光學儀器需要把空間中的物點成像在一個像平面上（稱為平面上的空間像），如望遠鏡和照相物鏡等就屬于這一類。 物空間各空間點的成像，相當于以入射光瞳中心為投影中心，以主光線為投影線，將各點投影到對準平面上后，再成像到景象平面上。 或者在像空間以出射光瞳中心為投影中心，各空間像點沿主光線投影到景象平面上，即是空間物點的平面像。 如果入瞳位置對于物方空間點（即景物）位置發(fā)生變化，則景象也隨之變化 投影中心作前后移動時，投影像的變化和景物是不成比例的，這種現(xiàn)象稱為景象畸變，也稱為透視失真。 根據理想光學系統(tǒng)特性，物空間

54、一個平面，在像空間只有一個平面與之共軛。 討論:當入射光瞳一定時，在物空間有多大深度范圍的物體能在景象平面上成清晰像(以攝影物鏡為例） 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge

55、 University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 13 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第七章典型光學

56、系統(tǒng) 　　第一節(jié)眼睛及其光學系統(tǒng) 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：正常眼、近視眼和遠視眼的定義和特征 校正非正常眼的方法 眼睛調節(jié)能力的計算 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：正常眼、近視眼和遠視眼的定義和特征 校正非正常眼的方法 眼睛調節(jié)能力的計算 難點：校正非正常眼的方法 教學基本內容： 這類光學系統(tǒng)是直接擴大人眼的視覺能力的，稱為目視光學系統(tǒng) 人眼相當于一架照相機，它可以自動對目標調焦 眼睛的調節(jié)及校正 眼睛有兩類調節(jié)功能：視度調節(jié) 和瞳孔調節(jié)。 瞳孔調節(jié)（適應特性） 眼睛的缺陷和矯正 正常眼在

57、肌肉完全放松的自然狀態(tài)下，能夠看清楚無限遠處的物體，即遠點應在無限遠（R = 0）， 像方焦點正好和視網膜重合 所謂近視眼就是其遠點在眼睛前方有限距離處（r < 0） 所謂遠視眼就是其遠點在眼睛之后（r > 0）， 近視眼或遠視眼的遠點視度可通過儀器來測得，知道此值后即可求得所需眼鏡的焦距。 目視光學儀器視度調節(jié) 人眼的視覺缺陷可以在眼前加以透鏡可以矯正 目視光學儀器要適應不同視力的人使用 為此，目鏡可以改變其前后的位置，使儀器所成的像不再位于無限遠，而位于目鏡的前方或后方一定的位置 這就是目視光學儀器的視度調節(jié) 四、眼睛的分辨率（分辨本領） 所謂人眼的分辨能

58、力指的是成像在中央凹區(qū)時的分辨能力。 人眼剛能將兩點分開的視角稱為眼睛的極限分辨角 如果這兩點的像分別落在被分隔開的兩個視網膜細胞上，即得到兩個點的視覺 可以看出，極限分辨角不僅與入射光線的波長有關，而且還與眼睛的瞳孔直徑有關。 經常需要將一條直線重合到另一條直線，但是，要使兩條直線完全重合是不可能的 即兩線寬的幾何中心線對人眼的張角小于某一角度值α時，雖然還存在著不重合，但眼睛已經認為是完全重合的，這時α角度值即為人眼瞄準精度。 七、雙目立體視覺 利用儀器觀察物體時，必須采用雙眼儀器來保持人眼的體視能力，這種儀器稱為“雙眼望遠鏡”和“雙眼顯微鏡” 利用體視儀器可以提高人

59、眼的體視能力 雙眼儀器的體視放大率 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技大學出版

60、社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上?？茖W技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 14 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第二節(jié) 放大鏡 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：視覺放大率的概念、表達式及其意義，與光學系統(tǒng)角放大率

61、的異同點 了解：放大鏡的視覺放大率 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：視覺放大率的概念、表達式及其意義 與光學系統(tǒng)角放大率的異同點 放大鏡的視覺放大率 教學基本內容： 物體對眼睛的視角，不僅取決于物體的大小，還取決于該物體到眼睛的距離，距離越近視角越大 因為眼睛通過放大鏡或顯微鏡等目視光學儀器來觀察物體時，所看到的是在眼睛視網膜上的物體像的大小。 物體經放大鏡成像的簡圖 由此可見，放大鏡的放大率，除了和其焦距有關之外，還和眼睛離開放大鏡的距離有關 視覺放大率的概念、表達式及其意義 與光學系統(tǒng)角放大率的異同點

62、 放大鏡的視覺放大率 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示 討論、作業(yè)和思考題： 參考資料： 梁銓廷主編，《物理光學》機械工業(yè)出版社 1980 謝敬輝、趙達尊、閻吉祥，《物理光學》 北京理工大學出版社，2005 Max Born and Emil Wolf，《Principles of Optics》, Cambridge University Press, 1999 石順祥、張海興、劉勁松，《物理光學與應用光學》西安電子科技

63、大學出版社，2000 劉晨，《物理光學》，合肥工業(yè)大學出版社，2007 楊之昌，《幾何光學實驗》（第1版），上海科學技術出版社，1984 備注： 注：課程教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應填寫一份；重復班授課可不另填寫教案。 課程教案 授課時間 第 周 周 第 節(jié) 課次 15 授課方式 （請打√） 理論課□√ 實驗課□ 習題課□ 實踐課□ 其他□ 課時 安排 2 授課題目（教學章、節(jié)或主題）： 第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng) 教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）： 掌握：顯微鏡系統(tǒng)的概念和計算公式，包括：

64、1)組成、成像關系、光束限制 2)視覺放大率公式 3)視場公式 4)數(shù)值孔徑和出瞳 D 5)物鏡的分辨率 6 )顯微鏡的有效放大率 7)物鏡的景深 8)視度調節(jié)： 了解： 臨界照明和坷拉照明 教學內容（注明：重點、難點及疑點）： 重點：顯微鏡系統(tǒng)的概念和計算公式，包括： 1)組成、成像關系、光束限制 2)視覺放大率公式 3)視場公式 4)數(shù)值孔徑和出瞳 D 5)物鏡的分辨率 6 )顯微鏡的有效放大率 7)物鏡的景深 8)視度調節(jié)： 教學基本內容： 第三節(jié) 顯微鏡系統(tǒng) 顯微鏡系統(tǒng)成像原理，顯微鏡和放大鏡起著同樣的作

65、用 經過物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡系統(tǒng)總的放大率Γ應該是物鏡橫向放大率β和目鏡放大率Γe的乘積。 19JA型萬能工具顯微鏡的光學系統(tǒng)圖。 顯微鏡物鏡物平面到像平面的距離稱為共軛距 在顯微鏡中，取下顯微物鏡和目鏡后，所剩下的鏡筒長度即 物鏡支撐面到目鏡支撐面之間的距離稱為機械筒長，用tm表示。 理想光學系統(tǒng)的分辨率（補充） 無窮遠自身發(fā)光的物點，在焦平面上所成的像不是幾何點，而是一個由一系列光環(huán)組成的衍射圖樣。 當相鄰兩點的間隔，正好使一個衍射圖樣中的愛里斑中心和另一個圖樣的第一暗環(huán)重合時，兩個衍射圖樣的光強分布曲線相加而得到的合成光強分布曲線，兩個極大值之間存

66、在的一個極小值，能量約為極大值的80%。 顯微系統(tǒng)的分辨率是以剛能分辨的兩物點之間的距離來表示的，稱為最小分辨距。 一、顯微系統(tǒng)的線視場 其視場的大小用能看到的物方直徑表示被稱為物方線視場（簡稱為線視場） 要求視場內的照度適宜、均勻、成像清晰、沒有漸暈、雜散光的干擾小 視場光闌應安放在物鏡像平面處。 使用顯微系統(tǒng)過程中，要求能方便更換物鏡和目鏡 同時，也要求一次調焦清晰后，在更換不同倍率的物鏡或目鏡時，不需要二次調焦 顯微鏡的景深 當顯微鏡調焦至某一物平面（稱為對準平面）時，如果位于其前后的物平面仍能被觀察者看清楚，則該兩平面之間的距離稱為顯微鏡的景深。 3、柯勒照明 顯微系統(tǒng)的物鏡 （一）顯微物鏡的特點 精密測量用的顯微物鏡就有以下特點： 1、在滿足一定瞄準和讀數(shù)精度的條件下，物鏡放大率一般不高，約在1x~10x之間； （二）顯微物鏡 教學方法及手段： 課堂講授，課堂練習，運用多媒體與板書結合教學，實物展示