教案_光信息_光學(xué)設(shè)計與CAD

1、_ _學(xué)院課程教案課程名稱：_光學(xué)設(shè)計與CAD_課程編碼：_x050032_總學(xué)時實驗學(xué)時： 40 / 16 開課時間：2016年 9 月 8 日第 1 周至第 12 周 周學(xué)時：_2_授課年級、專業(yè)、班級：2014級_ _使用教材：_幾何光學(xué).像差.光學(xué)設(shè)計_授課教師：_ _ _一、課程總覽課程教學(xué)目的通過本課程的學(xué)習(xí)，撐握光學(xué)系統(tǒng)的像差基本理論、像質(zhì)評價的基本方法、像質(zhì)評價的幾種方法，能利用ZEMAX軟件進(jìn)行光學(xué)設(shè)計并能實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。課程教學(xué)要求要撐握光學(xué)系統(tǒng)的像差理論，光學(xué)系統(tǒng)成像的七種基本像差，并懂得如何來消除像差；能熟練使用ZEMAX軟件，懂得如何利用ZEMAX設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)；能利用

2、三種優(yōu)化方法來優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)；能利用像差圖像來分析光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量；懂得如何獲取光學(xué)系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)。課程教學(xué)方法能使用ppt進(jìn)行多媒體教學(xué)；課堂上能理論講解與現(xiàn)場實驗相結(jié)合。學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)方法本課程理論性與實踐性相結(jié)合，這就要求學(xué)生在撐握光學(xué)設(shè)計基本理論的基礎(chǔ)上來從實踐上設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)。在教學(xué)的過程中，采用了理論與實踐相結(jié)合，理論課與實驗課交叉進(jìn)行，通過理論學(xué)習(xí)來指導(dǎo)實驗，同時，通過實驗來鞏固所學(xué)理論以及發(fā)現(xiàn)問題。考核方式 閉卷 平時（20%）+實驗及實驗報告（30%）+考試（50%） 教學(xué)參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；光學(xué)設(shè)計 劉鈞、高明 國防工業(yè)出版社.20

3、12；.ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；.光學(xué)儀器設(shè)計手冊（上冊） 光學(xué)儀器設(shè)計手冊編輯組，國防工業(yè)出版社， 1971。對教案的分析總結(jié) 本課程理論性與實踐性相結(jié)合，這就要求學(xué)生在撐握光學(xué)設(shè)計基本理論的基礎(chǔ)上來從實踐上設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)。在教學(xué)的過程中，采用了理論與實踐相結(jié)合，理論課與實驗課交叉進(jìn)行，通過理論學(xué)習(xí)來指導(dǎo)實驗，同時，通過實驗來鞏固所學(xué)理論以及發(fā)現(xiàn)問題。綜合考試的成績和平時學(xué)生的反映，我們覺得教案在以下方面還需要改進(jìn)：1、理論與實踐要更緊密的結(jié)合，在課堂上需要增加運用ZEMAX來進(jìn)行光學(xué)設(shè)計；2、在不影響課本內(nèi)容系統(tǒng)性的前提下，多引入課外知識以便更好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。二、

4、課時教案周 次1授課時間2016年 9 月 9 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第1章 緒論、第2章 像差理論§2.1軸上點球差。授課方式多媒體教學(xué)目的了解光學(xué)設(shè)計的發(fā)展概況掌握球差的基本概念、初級球差與高級球差理解單個折射球面的球差和球差分布、初級球差，第一賽得和數(shù)了解薄透鏡和薄透鏡系統(tǒng)的初級球差、平行平板的球差教學(xué)方法講授法教學(xué)內(nèi)容第1章 緒論1.1光學(xué)設(shè)計的發(fā)展概況1.2光學(xué)設(shè)計的具體過程和步驟1.3儀器對光學(xué)系統(tǒng)性能與質(zhì)量的要求第2章 像差理論1、初級球差與高級球差2、單個折射球面的球差和球差分布3、薄透鏡和薄透鏡系統(tǒng)的初級球差4、初級球差，第一賽得和數(shù)，平行平板的球差教學(xué)重點難點光組

5、的設(shè)計為本課時的難點課堂討論練習(xí)或作業(yè)1簡述光學(xué)設(shè)計的基本過程參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；光學(xué)設(shè)計 劉鈞、高明 國防工業(yè)出版社.2012；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司。教學(xué)后記周 次2授課時間2016年 9 月 16 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第二章：像差理論，2.2 軸外像差授課方式多媒體教學(xué)目的掌握彗差(coma)的概念、彗差的計算與曲線理解平行平板的球差了解高級彗差教學(xué)方法講授法教學(xué)內(nèi)容1預(yù)備知識2軸外像差概述3彗差(coma)4彗差的計算與曲線教學(xué)重點難點光組的設(shè)計為本課時的難點課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.一個光學(xué)系統(tǒng)，知其只包含初級和二級球差，更高級的球差

6、很小可忽略不計。 已知該系統(tǒng)的邊光球差0，0.707帶光球差0.015，求(1)表示出此系統(tǒng)的球差隨相對高度的展開式，并計算0.5和0.85帶光球差；(2)邊緣光的初級球差和高 級球差；(3)最大剩余球差出現(xiàn)在哪一高度帶上，數(shù)值多少？參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007； 教學(xué)后記周 次3授課時間2016年 9 月 23日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第二章：像差理論： 2.3像散與像面彎曲、匹茲凡面彎曲，2.4畸變授課方式多媒體教學(xué)目的掌握：像散和像面彎曲、畸變的基本概念理解：像散和像面彎曲、畸變的度量與曲線。教學(xué)方法講授法教學(xué)內(nèi)容1像散的產(chǎn)生與現(xiàn)象2像散與場曲的計算3畸變（distor

7、tion）4畸變產(chǎn)生與現(xiàn)象5 畸變的度量與曲線教學(xué)重點難點重點與難點：像散和像面彎曲、畸變的度量及其曲線。課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.一雙分離薄透鏡系統(tǒng)，其主光線與高斯像面交點的高度為9.82mm，相對畸變值為4.5%，試求理想像高。參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；.光學(xué)儀器設(shè)計手冊（上冊） 光學(xué)儀器設(shè)計手冊編輯組，國防工業(yè)出版社， 1971。教學(xué)后記周 次4授課時間2016年 9 月 23日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第二章：像差理論： §2.2軸外像差： 6初級軸外像差、7匹茲凡面彎曲、8單色幾何像差小結(jié)。授課方式多媒體教學(xué)目的掌

8、握：匹茲凡面彎曲理解：初級（Seidal）軸外像差。教學(xué)方法講授法教學(xué)內(nèi)容1初級（Seidal）軸外像差2匹茲凡面彎曲3單色幾何像差小結(jié)教學(xué)重點難點重點與難點：匹茲凡面彎曲。課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.討論匹茲凡面彎曲對成像的影響參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；.光學(xué)儀器設(shè)計手冊（上冊） 光學(xué)儀器設(shè)計手冊編輯組，國防工業(yè)出版社， 1971。教學(xué)后記周 次5授課時間2016年 9 月 30 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第二章：像差理論：2.5 色差授課方式多媒體教學(xué)目的撐握：位置色差、倍率色差的基本概念、位置色差的度量與位置色差曲線；理解：薄透

9、鏡與薄系統(tǒng)的初級色差；了解：二級光譜、平行平板的初級球差與初級色差。教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1位置色差2 位置色差的度量與位置色差曲線3倍率色差4初級位置色差與初級倍率色差 5初級球差，第一賽得和數(shù) 教學(xué)重點難點重點難點：色差的度量以及色差曲線課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.密接雙薄透鏡系統(tǒng)，已知總光焦度為，兩透鏡的阿貝數(shù)分別為 。若要消位置色差，試確定兩透鏡的光焦度分配。參考資料光學(xué)設(shè)計 劉鈞、高明 國防工業(yè)出版社.2012；. 教學(xué)后記周 次6授課時間2016年 10 月 7 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第3章 波像差、光學(xué)系統(tǒng)像差容限與像質(zhì)評價：3.1 波像差 授課方式多媒體教學(xué)目的掌握：波像差

10、的定義、瑞利判據(jù)；理解：軸上點的波像差及其與球差的關(guān)系；了解：小像差系統(tǒng)、大像差系統(tǒng)。教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1波像差的定義2軸上點的波像差及其與球差的關(guān)系教學(xué)重點難點重點難點：波像差的定義，軸上點的波像差及其與球差的關(guān)系課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.簡述波像差以及利用波像差來判斷成像質(zhì)量。參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 教學(xué)后記周 次7授課時間2016年 10 月 14 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第3章 波像差、光學(xué)系統(tǒng)像差容限與像質(zhì)評價：3.1 波像差 3.2光學(xué)系統(tǒng)像差容限授課方式多媒體教學(xué)目的理解：色差的波像差；了解：光學(xué)系統(tǒng)像差容限。教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1

11、軸外點的波像差及其與垂軸像差的關(guān)系 2參考點移動產(chǎn)生的波像差、焦深（depth of focus） 3 色差的波像差表示 4光學(xué)系統(tǒng)像差容限5小像差系統(tǒng)（如目視光學(xué)儀器）瑞利判據(jù)： 6大像差系統(tǒng)（如攝影物鏡）應(yīng)校正全部 像差 教學(xué)重點難點重點難點：色差的波像差課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.分別列舉5種小像差系統(tǒng)與大像差系統(tǒng)參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 教學(xué)后記周 次8授課時間2016年 10 月 21 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第3章：波像差、光學(xué)系統(tǒng)像差容限與像質(zhì)評價3.3光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評價簡介授課方式多媒體教學(xué)目的重點掌握：扇形圖、光程差圖、點列圖、光學(xué)傳遞函數(shù)撐握： 斯特列爾判斷

12、、瑞利判斷、分辨率了解：像差容限。教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1像差容限2扇形圖3光程差圖 4點列圖5光學(xué)傳遞函數(shù)教學(xué)重點難點重點難點：光學(xué)傳遞函數(shù)課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.論述像質(zhì)評價的幾種方法。參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；光學(xué)儀器設(shè)計手冊（上冊） 光學(xué)儀器設(shè)計手冊編輯組，國防工業(yè)出版社， 1971。教學(xué)后記周 次9授課時間2016年 10 月 28 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第4章 光學(xué)系統(tǒng)的初始設(shè)計: 6.1 PW形式的初級像差系數(shù),6.2薄透鏡系統(tǒng)的基本像差參量 授課方式多媒體教學(xué)目的掌握：PW形式的初級像差系數(shù)，薄透鏡系統(tǒng)的基本像差參量； 理解：雙膠合薄透鏡組的基

13、本像差參量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系；教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1PW的定義及PW形式的初級像差系數(shù) 2薄透鏡系統(tǒng)初級像差的PW表示式 3薄透鏡系統(tǒng)的基本像差參量 教學(xué)重點難點重點難點：薄透鏡系統(tǒng)的基本像差參量。課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.簡述用PW法求雙膠合透鏡的初始結(jié)構(gòu)（即總結(jié)一下如何運用PW法求雙膠合透鏡初始結(jié)構(gòu)）參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司。 教學(xué)后記周 次10授課時間2016年 11 月 4 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第4章 光學(xué)系統(tǒng)的初始設(shè)計: 3雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系 4用PW方法求解初始結(jié)構(gòu)參數(shù)實例授課方

14、式多媒體教學(xué)目的掌握：雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系； 理解：利用PW方法求解初始結(jié)構(gòu)參數(shù)教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系2用PW方法求解初始結(jié)構(gòu)參數(shù)實例教學(xué)重點難點重點難點：雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系課堂討論練習(xí)或作業(yè)1簡述光學(xué)設(shè)計的基本過程參考資料ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；光學(xué)儀器設(shè)計手冊（上冊） 光學(xué)儀器設(shè)計手冊編輯組，國防工業(yè)出版社， 1971。教學(xué)后記周 次11授課時間2016年 11 月 11 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第四章 光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化：4.1光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化簡介，4.2 優(yōu)化四步驟，4

15、.3 變量的選擇，4.4 默認(rèn)評價函數(shù)的建立 ，4.5 優(yōu)化操作數(shù)。 授課方式多媒體教學(xué)目的重點掌握：變量的選擇、默認(rèn)評價函數(shù)的建立、評價函數(shù)的修改、優(yōu)化操作數(shù)；理解：阻尼最小二乘法光學(xué)自動設(shè)計原理；了解：初始結(jié)構(gòu)的確定。教學(xué)方法講授與實踐相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容1光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化簡介2優(yōu)化四步驟3變量的選擇4默認(rèn)評價函數(shù)的建立 5優(yōu)化操作數(shù) 教學(xué)重點難點重點：優(yōu)化四步驟、變量的選擇難點：阻尼最小二乘法光學(xué)自動設(shè)計原理課堂討論練習(xí)或作業(yè)1.設(shè)計一個焦距為100mm的單透鏡1、單透鏡的初始結(jié)構(gòu)：（半徑的計算） R d 材料 103.36 4 BK7 -103.36 D=20 ; =0.587m ; =0 輸入程序后，見07研數(shù)據(jù)單雙透鏡1-0 此時20線對/毫米MTF=0.0122、設(shè)置變量，建立默認(rèn)評價函數(shù)，增加操作數(shù)EFFL、SPHA見07研數(shù)據(jù)單雙透鏡1-2。3、執(zhí)行優(yōu)化后見 單雙透鏡1-1。此時20線對/毫米MTF=0.325改進(jìn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜化雙透鏡參考資料應(yīng)用光學(xué) 張以謨 機(jī)械工業(yè)出版社 2007；.ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司。教學(xué)后記周 次12授課時間2016年 11 月 18 日第 12 節(jié)章節(jié)名稱第6章 光線的光路計算：計算舉例、光線經(jīng)過