《工程光學(xué)》課程教學(xué)大綱

《ADDINCNKISM.UserStyle工程光學(xué)》課程教學(xué)大綱課程名稱：工程光學(xué) 課程編號(hào)：F098091101英文名稱：EngineeringOptics學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí) 學(xué)分：3學(xué)分開課學(xué)期：第4學(xué)期適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)課程類別：理論課課程性質(zhì)：專業(yè)核心課先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理光學(xué)一、課程的性質(zhì)及任務(wù)《工程光學(xué)》是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)必修的專業(yè)核心課之一，其內(nèi)容涵蓋幾何光學(xué)和物理光學(xué)兩個(gè)模塊。涉及：幾何光學(xué)基本定律和成像特性；理想光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)和成像關(guān)系；典型光學(xué)系統(tǒng)的成像特性和設(shè)計(jì)要求；光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量和像差公差；光的干涉、衍射原理及經(jīng)典裝置；光的偏振及應(yīng)用等具體內(nèi)容。通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握幾何光學(xué)和物理光學(xué)基本理論；掌握經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)成像原理；學(xué)會(huì)常用光學(xué)儀器和器件的使用方法；了解光學(xué)成像和光學(xué)檢測(cè)的基本技術(shù)和方法。綜合提升學(xué)生理論分析、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐等能力。依據(jù)河北工程大學(xué)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，本課程需要培養(yǎng)學(xué)生的能力是：能將數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程光學(xué)的語(yǔ)言工具用于相關(guān)領(lǐng)域工程問(wèn)題的表述。（畢業(yè)要求指標(biāo)1.4）能夠運(yùn)用工學(xué)光學(xué)基本原理，結(jié)合現(xiàn)代文獻(xiàn)研究，分析復(fù)雜工程問(wèn)題的影響因素，獲得有效結(jié)論。（畢業(yè)要求指標(biāo)1.4、2.10）能夠針對(duì)實(shí)際需要的特定需求，完成光路、光學(xué)設(shè)備等的設(shè)計(jì)。（畢業(yè)要求指標(biāo)1.4、2.10）能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安全地開展實(shí)驗(yàn)，正確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（畢業(yè)要求指標(biāo)2.10、2.11、2.12）能夠?qū)Σ杉降膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和解釋，并能通過(guò)信息綜合進(jìn)行優(yōu)化。（畢業(yè)要求指標(biāo)1.4、2.11）二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)能夠應(yīng)用幾何光學(xué)和物理光學(xué)的基本概念和原理，正確表述涉及光學(xué)儀器、光學(xué)檢測(cè)、光學(xué)工程等領(lǐng)域的技術(shù)問(wèn)題。能夠根據(jù)理想光學(xué)系統(tǒng)模型、像差理論和像質(zhì)評(píng)價(jià)方法，對(duì)成像系統(tǒng)的成像特性、光學(xué)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)及其影響因素等進(jìn)行量化計(jì)算與分析。根據(jù)光的干涉、衍射及其偏振原理，對(duì)光學(xué)儀器、光學(xué)檢測(cè)等工程問(wèn)題進(jìn)行分析和解釋，確定結(jié)果的影響因素，并給出合理的結(jié)論。能夠按照實(shí)際需要，應(yīng)用幾何光學(xué)和物理光學(xué)有關(guān)原理及其評(píng)價(jià)方法，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的基本光路進(jìn)行初步計(jì)算或確定計(jì)算步驟；能選擇合適的光學(xué)器件，初步設(shè)計(jì)或搭建基本光路；或根據(jù)需求，合理計(jì)算或設(shè)計(jì)光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)。能夠按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，完成幾何光學(xué)和物理光學(xué)對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的光路搭建、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、問(wèn)題討論等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。能夠安全、規(guī)范地開展實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析和解釋，確定結(jié)果的影響因素和需要改進(jìn)完善的校正裝置及元器件參數(shù)。測(cè)控電路課程教學(xué)大綱數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院本科課程教學(xué)大綱.4目標(biāo)達(dá)成度的評(píng)價(jià)課程目標(biāo)1、2、3、4主要通過(guò)理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過(guò)課堂測(cè)試、課后作業(yè)和期末考試中概念性、原理性題目進(jìn)行考核。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。三、教學(xué)方法及手段1.理論教學(xué)以課堂講授為主，面向基礎(chǔ)知識(shí)的準(zhǔn)確、扎實(shí)掌握，突出對(duì)原理的分析、對(duì)方法的總結(jié)以及理論體系的完整建立；2.理論教學(xué)強(qiáng)調(diào)將各種光學(xué)儀器的實(shí)際情況緊密聯(lián)系，面向知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用；3.課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)自學(xué)的方式消化、吸收課程的龐大知識(shí)量，并在此基礎(chǔ)上舉一反三。四、課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求第1章幾何光學(xué)基本定律與成像概念[教學(xué)目的與要求]：了解幾何光學(xué)基本定律、光路計(jì)算近軸近似公式、單折射球面系統(tǒng)垂軸放大率、軸向放大率、角放大率的計(jì)算公式及其相互關(guān)系，掌握完善成像條件、光路計(jì)算及近軸近似、球面光學(xué)成像系統(tǒng)。[本章主要內(nèi)容]：1.1幾何光學(xué)的基本定律和原理（支撐課程目標(biāo)1、2）1.2成像的基本概念與完善成像（支撐課程目標(biāo)1、2）1.3光路計(jì)算與近軸光學(xué)系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)1、2）1.4球面光學(xué)成像系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)1、2）[本章重點(diǎn)]：幾何光學(xué)基本定律。光路計(jì)算近軸近似公式。單折射球面放大率及其成像性質(zhì)。[本章難點(diǎn)]：共軸球面系統(tǒng)成像。第2章理想光學(xué)系統(tǒng)[教學(xué)目的與要求]：了解理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面，掌握理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系，理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率，理想光學(xué)系統(tǒng)的組合和透鏡。[本章主要內(nèi)容]：2.1理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論（支撐課程目標(biāo)1、2）2.2理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)與基面（支撐課程目標(biāo)1、2）2.3理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系2.4理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率2.5理想光學(xué)系統(tǒng)的組合[本章重點(diǎn)]：理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系。理想光學(xué)系統(tǒng)的組合。[本章難點(diǎn)]：理想光學(xué)系統(tǒng)的組合。第3章平面與平面系統(tǒng)[教學(xué)目的與要求]：掌握平面鏡、雙面鏡成像特性和旋轉(zhuǎn)特性，掌握反射棱鏡成像方向判斷原則，掌握棱鏡和光楔最小偏向角計(jì)算公式。[本章主要內(nèi)容]：3.1平面鏡成像（支撐課程目標(biāo)1、2）3.2平行平板（支撐課程目標(biāo)1、2）3.3反射棱鏡（支撐課程目標(biāo)1、2）3.4折射棱鏡與光楔[本章重點(diǎn)]：平面鏡。雙面鏡成像特性。旋轉(zhuǎn)特性及其應(yīng)用。反射棱鏡和折射棱鏡的作用。[本章難點(diǎn)]：反射棱鏡成像特性的判斷。第4章光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與光束限制[教學(xué)目的與要求]：了解光闌的作用和分類，掌握照相系統(tǒng)中的光闌，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇，顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析，光學(xué)系統(tǒng)的景深。[本章主要內(nèi)容]：4.1光闌（支撐課程目標(biāo)1、2）4.2照相系統(tǒng)中的光闌（支撐課程目標(biāo)1、2）4.3望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇（支撐課程目標(biāo)2、3）4.4顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析4.5光學(xué)系統(tǒng)的景深（支撐課程目標(biāo)2、3、4）4.6數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的景深（支撐課程目標(biāo)3、4）[本章重點(diǎn)]：光闌、入瞳、出瞳、入窗、出窗的概念及其對(duì)應(yīng)共軛關(guān)系。典型光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制與分析。[本章難點(diǎn)]：顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析。第5章光度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)[教學(xué)目的與要求]：了解輻射量和光學(xué)量及其單位，顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征和顏色混合及格拉斯曼顏色混合，掌握光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化和成像系統(tǒng)像面的光照度。[本章主要內(nèi)容]：5.1輻射量和光學(xué)量及其單位（支撐課程目標(biāo)1、2）5.2光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化5.3成像系統(tǒng)像面的光照度5.4顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征5.5顏色混合及格拉斯曼顏色混合[本章重點(diǎn)]：成像系統(tǒng)像面的光照度[本章難點(diǎn)]：光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化第6章光線的光路計(jì)算及像差理論[教學(xué)目的與要求]：掌握幾何像差和波像差的種類、含義及其矯正方法；掌握齊明透鏡設(shè)計(jì)原理及其作用。[本章主要內(nèi)容]：6.1概念6.2光線的光路計(jì)算（支撐課程目標(biāo)2、3）6.3軸上點(diǎn)的球差6.4正弦差和彗差6.5場(chǎng)曲和像散6.6畸變6.7色差6.8相差特征曲線與分析6.9波像差[本章重點(diǎn)]：像差的概念和分類。[本章難點(diǎn)]：齊明透鏡設(shè)計(jì)原理及其作用。第7章典型光學(xué)系統(tǒng)[教學(xué)目的與要求]：了解眼睛結(jié)構(gòu)及其遠(yuǎn)視眼和近視眼的矯正；掌握放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等典型光學(xué)系統(tǒng)的成像原理圖；掌握放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等典型光學(xué)系統(tǒng)的視覺(jué)放大率、分辨率、出瞳距、線視場(chǎng)或視場(chǎng)角等基本參數(shù)及其計(jì)算公式。[本章主要內(nèi)容]：7.1眼睛及光學(xué)系統(tǒng)7.2放大鏡7.3顯微鏡系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)3、4）7.4望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)3、4）7.5目鏡7.6攝影系統(tǒng)7.7投影系統(tǒng)[本章重點(diǎn)]：放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等典型光學(xué)系統(tǒng)的成像原理及其基本參數(shù)計(jì)算。[本章難點(diǎn)]：放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等典型光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)的計(jì)算。第8章現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)[教學(xué)目的與要求]：掌握激光光學(xué)系統(tǒng)；掌握傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)；了解掃描光學(xué)系統(tǒng)；了解光纖光學(xué)系統(tǒng)。[本章主要內(nèi)容]：8.1激光光學(xué)系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)1、2）8.2傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)（支撐課程目標(biāo)1、2）8.3掃描光學(xué)系統(tǒng)8.4光纖光學(xué)系統(tǒng)[本章重點(diǎn)]：激光光學(xué)系統(tǒng)。[本章難點(diǎn)]：傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)。第9章光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評(píng)價(jià)[教學(xué)目的與要求]：掌握瑞利判斷、中心點(diǎn)亮度、點(diǎn)列圖、光學(xué)傳遞函數(shù)等基本像質(zhì)評(píng)價(jià)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。[本章主要內(nèi)容]：9.1瑞利判斷與波前圖（支撐課程目標(biāo)1、2）9.2中心點(diǎn)亮度與能量包容圖（支撐課程目標(biāo)1、2）9.3分辨率與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)[本章重點(diǎn)]：光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評(píng)價(jià)的基本方法。[本章難點(diǎn)]：光學(xué)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)成像質(zhì)量。五、課程學(xué)時(shí)分配教學(xué)課次教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)與計(jì)劃時(shí)數(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)計(jì)劃時(shí)數(shù)1幾何光學(xué)的基本定律和準(zhǔn)則；成像的基本概念與完善成像理論課22光路計(jì)算與近軸光學(xué)系統(tǒng)；球面光學(xué)成像系統(tǒng)理論課23理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像；理論理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)與基面理論課24理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系；理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率理論課25理想光學(xué)系統(tǒng)的組合理論課26平面鏡成像；平行平板理論課27反射棱鏡；折射棱鏡與光楔理論課28光闌；照相系統(tǒng)中的光闌理論課29望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇；顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析理論課210光學(xué)系統(tǒng)的景深；數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的景深理論課211輻射量和光學(xué)量及其單位；光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化理論課212成像系統(tǒng)像面的光照度；顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征；顏色混合及格拉斯曼顏色混合理論課213概念；光線的光路計(jì)算理論課214軸上點(diǎn)的球差；正弦差和彗差；場(chǎng)曲和像散理論課215畸變；色差；相差特征曲線與分析；波像差理論課216眼睛及光學(xué)系統(tǒng)；放大鏡理論課217顯微鏡系統(tǒng)；望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)理論課218目鏡；攝影系統(tǒng)；投影系統(tǒng)理論課219激光光學(xué)系統(tǒng)；傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)理論課220掃描光學(xué)系統(tǒng)；光纖光學(xué)系統(tǒng)理論課221瑞利判斷與波前圖理論課222中心點(diǎn)亮度與能量包容圖；分辨率與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)理論課223習(xí)題講解理論課224習(xí)題講解理論課2注：實(shí)驗(yàn)課由實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)安排時(shí)間，原則上安排在課堂教學(xué)結(jié)束后、考試之前一周以上完成。六、課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定6.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學(xué)習(xí)過(guò)程考核和期末考試，其中課程過(guò)程考核占總成績(jī)的30%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)進(jìn)行評(píng)定；期末考試成績(jī)占總成績(jī)的70%。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計(jì)過(guò)程考核（平時(shí)成績(jī)）課堂表現(xiàn)15%30%作業(yè)15%期末成績(jī)期末測(cè)試70%70%總計(jì)100%100%6.2考核內(nèi)容及要求本課程為考試課?？己藘?nèi)容及分值分配如下?？己朔绞娇己藘?nèi)容分值課程目標(biāo)總分值期末考試70%幾何光學(xué)基本定律與成像概念5～10目標(biāo)1、2100分理想光學(xué)系統(tǒng)5～15目標(biāo)1、2、3平面與平面系統(tǒng)5～10目標(biāo)1、2光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與光束限制10～15目標(biāo)1、3像差理論10～15目標(biāo)1、3光度學(xué)和色度學(xué)5～10目標(biāo)1、2典型光學(xué)系統(tǒng)10～20目標(biāo)2、3現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)10～20目標(biāo)2、3、4過(guò)程考核30%課堂表現(xiàn)課堂測(cè)試、出勤情況15目標(biāo)1、2、3、415分課后作業(yè)作業(yè)完成情況15目標(biāo)1、2、3、415分6.3成績(jī)?cè)u(píng)定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分15分，由課堂測(cè)試與課堂出勤情況評(píng)定。其中，課堂測(cè)試滿分10分，以客觀題（填空、選擇、判斷）為主，每學(xué)期隨堂測(cè)試15~20次，每次測(cè)試1~2道題目，每答錯(cuò)一道題目扣0.5分（直到扣滿10分為止）；課堂出勤滿分5分，缺勤一次扣1分，遲到或請(qǐng)假扣0.5分。2.課后作業(yè)課后作業(yè)總分15分，由作業(yè)完成情況評(píng)定。每學(xué)期布置作業(yè)5次，每次作業(yè)占3分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分值標(biāo)準(zhǔn)描述課后作業(yè)3能夠按時(shí)認(rèn)真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認(rèn)真、書寫清楚、分析計(jì)算正確。2能夠按時(shí)完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度較好、書寫較清楚、分析計(jì)算基本正確1能夠按時(shí)完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度一般、書寫不清楚、分析計(jì)算錯(cuò)誤較多0不交作業(yè)或作業(yè)態(tài)度不認(rèn)真、抄襲他人作業(yè)3.期末考試采用閉卷考試形式進(jìn)行，期末成績(jī)?yōu)榘俜种?，?jì)入總成績(jī)時(shí)乘以70%，由教務(wù)處安排考試流程，考試內(nèi)容須覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標(biāo)的授課內(nèi)容，考試完成后在綜合教務(wù)系統(tǒng)中按照設(shè)定的占比系數(shù)錄入成績(jī)。七、課程評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)7.1課程評(píng)價(jià)課程評(píng)價(jià)周期定為每1年評(píng)價(jià)一次。設(shè)置達(dá)成情況目標(biāo)值，采用成績(jī)分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)。課程達(dá)成評(píng)價(jià)根據(jù)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)課程達(dá)成評(píng)價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算，評(píng)價(jià)結(jié)果用于持續(xù)改進(jìn)。物理系負(fù)責(zé)人組織教師實(shí)施課程評(píng)價(jià)，制定持續(xù)改進(jìn)措施，監(jiān)督持續(xù)改進(jìn)過(guò)程。課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)撰寫課程考核總結(jié)報(bào)告，實(shí)施課程評(píng)價(jià)持續(xù)改進(jìn)。7.2持續(xù)改進(jìn)1）日常教學(xué)：根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情