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几何光学期末复习提纲

第一章 几何光学基本定律与成像概念

1. 几何光学与物理光学的区别？ 2. 理解几何光学的基本概念： 3. 可见光：380~760nm

4. 单色光 5. 复色光

6. 光源：辐射能量的发光体；任何发光物体

7. 点光源：.发光点：只有几何位置而没有大小的发射光束的光源 8. 均匀介质 9. 各向同性介质；

10. 光线：代表光能量传播方向的几何线。 11. 法线、

12. 波面：某一时刻光波振动位相相同的点所构成的面 13. 光束：光束—有一定几何关系的一些光线的集合 14. 理解并掌握几何光学的基本定律：

15. 光的直线传播定律：光在均匀介质中沿直线传播

16. .单心光束：只有一个交点的光束，称同心光束。此交点也称为光束的顶点。

17. 、独立传播定律的内容及限制；折射与反射、全反射定律的内容及应用；光的可逆性原理的内容。 18. 了解费马原理：表述：光在空间两定点间传播时，实际光程为一特定的极值 意义：费马原理是几何

光学的基本原理，用以描绘光在空间两定点间的传播规律。 19. 马吕斯定律的内容：

20. 理解并掌握光学系统成完善像的概念及条件（三种表述）：

21. 几何光学定律成立的条件：（1）必须是均匀介质，即同一介质的折射率处处相等，折射率不是位置的

函数。（2）必须是各向同性介质，即光在介质中传播时各个方向的折射率相等，折射率不是方向的函数。

22. 当单心光束经光学系统折射或反射后，仍能找到一个顶点，称光束保持了其单心性。该顶点称为象点。 23. 当顶点为光束的发出点时，该顶点称为光源、物点。 24. 只有反射而无折射的现象称为全折射。 25. 棱镜.偏向角、最小偏向角：

26. 光轴：若光学系统由球面组成，各球心的连线一直线上，则称为共轴球面系统，这条直线为该光学系

统的光轴。

27. 对一定的球面和发光点P（S一定），不同的入射点对应有不同的S‘。即：同一个物点所发出的不同

光线经球面反射后不再交于一点。由P点所发出的单心光束经球面反射后，单心性被破坏 28. 掌握光路计算的基本概念与符号规则。（在习题中体会其应用） 29. 掌握光路计算的一般思路：

(1) 理解单个折射球面元件具有的普遍意义：平面——球面的特例，反射——折射的特例。 (2) 宽光束——近轴系光束：

a. 理解物点发出的宽光束经单个折射球面成非完善像的概念，如存在球差；

b. 理解物点在近轴区内以细光束成完善像（高斯像）、物像共轭的概念，掌握近轴光路计算的公式：

近轴条件，阿贝不变式、拉赫不变量，三种放大率及成像特性分析。（包括单个折射球面和单个反射球面两种情况）

(3) 单个球面元件——共轴球面光学系统：理解二者的关系及相关概念，明确物体经光学系统成像是物

点发出的光线经光学系统逐面折、反射的结果；理解并掌握共轴球面系统在近轴区的过渡公式、拉赫不变量、成像放大率的公式。

第二章 理想光学系统

30. 理解理想光学系统、物像共轭的定义，理解共轴理想光学系统的成像性质，结合第（3）点体会理想

光学系统中三对基点（面）的提出，对成像位置的确定有何意义？ 31. 基点和基面：

(1) 理解各基点（面）的定义，其物像共轭点（面）分别是什么？

(2) 理解各基点（面）的性质，特别是物点位于其上时，成像性质，如垂轴放大率、角放大率有何特殊性？对应什么物理意义？理想光学系统两焦距之间的关系？

(3) 掌握其在图解法求像中的应用。（结合8中最后一问理解11中解析法求像的理论依据）

(4) 特例：物像空间介质相同（折射率相同）时：一对节点与主点重合；物、像两方焦距的绝对值相等。 32. 轴外点、轴上点的图解法求像的依据：理想光学系统基点基面的性质、典型光线。 33. 解析法求像：牛顿公式、高斯公式及相应的成像放大率表达式，特别是垂轴放大率的应用。 34. 掌握两光组组合的公式及应用：（例如：各光组是单个折射/反射球面，薄透镜等简单情况） (1) 各光组相对位置的表示：焦点间隔（光学间隔）、主面间隔； (2) 利用过渡公式，计算物点经两光组的成像问题； (3) 计算两光组的组合焦距、组合焦点及主点位置。

(4) 结合第6节和日常习题，体会本方法的应用，并理解薄透镜这个简化模型。 35. 理解正切计算法——多光组组合计算。

36. 典型光学系统的光路特点及成像特性： (1)远摄型、反远距型照相系统；(2)望远系统；(3)显微镜系统。

第三章 平面与平面系统

37. 理解平面光学元件的作用：光路转向、转像、色散光谱分析等。 38. 平面镜：

39. (1) 成像特性：位置、放大率，对称性：镜像、一致像；唯一成完善像的最简单的光学元件。 (2) 旋转特性：如何旋转，如何测微？(3)

双平面镜成像特性：连续一致像。

40. 平行平板：

(1) 成像特性：无焦系统、非完善成像（轴向位移、侧向位移）、位移成像；

(2) 近轴区：成完善像，轴向位移公式、等效空气平板的厚度公式、实际像面位置公式。 41. 反射棱镜：

(1) 基本概念：光轴、工作面、棱、主截面；

(2) 结合双平面镜成像特性，理解各类棱镜的成像特性，特别是简单棱镜、屋脊棱镜的成像特点； (3) 掌握棱镜系统的成像方向判断；(4) 理解反射棱镜的等效作用。 42. 折射棱镜：

(1) 基本概念：工作面、折射棱、折射角、主截面、偏向角。 (2) 理解最小偏向角：条件（对称光路），应用（测玻折射率的原理）。

(3) 光楔：掌握近垂直入射时，光楔偏向角公式及简单计算；理解其工作原理及在测微上的应用。

第四章 光学系统中的光阑与光束限制

43. 理解光阑的概念与作用：实际光学系统中，限制成像光束、成像范围的光学元件的边框。 44. 孔径光阑：定义，及对轴上、轴外物点成像光束的限制作用；

(1) 孔径光阑、入射光瞳与出射光瞳三者互为物象共轭关系，图解或解析法可求后二者的位置； (2) 利用成像张角法判断孔径光阑的位置。（见习题）

45. 视场光阑：定义与作用；视场光阑、入射窗与出射窗三者互为物象共轭关系。 46. 渐晕光阑：理解概念，以及其对轴外点成像光束的拦光作用。 47. 理解光瞳衔接原则、主光线、物方远心光路、场镜等概念基本原理； 48. 明确典型系统中对应的孔径光阑、视场光阑的位置。 49. 光学系统的景深：（结合照相系统分析）

(1) 基本概念：平面上的空间像、景象平面/对准平面，景深的概念及成因；近/远景平面，近/远景深度；正确透视距离；人眼极限分辨角。

(2) 根据景深公式，理解景深与入瞳直径、孔径角的关系。

第六章 像差理论

注意结合课件中的小结，做一定的扩展，理解以下内容：

50. 从第一章中近轴光学理论的提出，理解像差的概念，体会实际像有别于理想像的原因所在。 51. 了解并区别几何像差、波像差二者分析像差的不同角度。 52. 几何像差：

(1) 单色像差：理解五种单色像差的成因、影响因素与现象； (2) 色差：理解位置色差与倍率色差的成因、影响因素与现象。

第七章 典型光学系统

53. 眼睛：

(1) 了解眼睛的结构，特别是角膜、瞳孔、水晶体、视网膜、眼轴的作用，及成像过程。

(2) 建立简化眼模型：结合光学系统，理解眼睛系统对应的光轴（眼轴）、成像界面（角膜）、基点基面的位置、孔径光阑（瞳孔）、像平面（视网膜）。

(3) 眼睛的调节（水晶体）：远点、近点、调节能力、视度；明视距离；远视眼、近视眼、散光眼及校正。 (4) 眼睛的适应能力（瞳孔）：明适应、暗适应。 (5) 眼睛的分辨率：理解视角，人眼的极限分辨角(1ˊ)。

54. 掌握视角、视觉放大率等概念，理解目视光学仪器的基本工作原理，了解视觉放大率与线视场成反比

的关系。

55. 放大镜：理解其工作原理；掌握视觉放大率公式及简单计算：视觉放大率与焦距的近反比关系，眼睛

通常调焦在无限远、明视距离观测，。 56. 显微镜：

(1) 结合第二章以及放大镜的知识，掌握显微镜的成像原理，物镜、目镜的光路特点及作用；掌握视觉放大率与物镜、目镜的倍率关系，视觉放大率与组合焦距的关系公式；

(2) 了解孔径光阑的位置，记住出瞳直径、物镜数值孔径和视觉放大率的关系式；

(3)从瑞利判据或道威判据推导显微镜分辨率公式，理解物镜了解提高分辨率的方法；体会物镜数值孔径的重要意义；掌握应用（计算题）。

(4) 当与眼睛连用时，从人眼的极限分辨角出发，利用显微镜的道威分辨率推导有效放大率：体会显微镜最小分辨距离、视觉放大率和人眼分辨能力的关系。 57. 望远镜：

(1) 结合第二章，理解开普勒望远镜系统的光路特点、成像特性及工作原理；掌握视觉放大率公式； (2) 结合第四章，理解开普勒望远镜中对应孔径光阑、视场光阑的位置及特点；

(3) 比较开普勒望远镜和伽利略望远镜，分析二者光路上的不同，以及对应成像特性及应用的区别； (4) 掌握望远镜的极限分辨角公式，理解分辨率与物镜（入瞳）直径之间的关系；体会望远镜的极限分辨角、视觉放大率和人眼极限分辨角的关系。