《光学系统CAD课程设计》教学大纲

《光学系统CAD课程设计》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06160254课程性质：集中实践课学分：2学分周数：2周先修课程：光电信息技术导论、物理光学、工程制图与CAD等并修课程：光学系统CAD适用专业：光电信息科学与工程开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《光学系统CAD课程设计》是《光学系统CAD》课程教学中的一个重要实践性环节，是光电类各专业学生在光学系统CAD课程学习后进行全面、系统、深入的实践性教学，培养学生光学系统的设计、开发的基本方法，为学生学习后继课程及从事工程技术工作、科学研究以及开拓新技术领域打下坚实的基础。二、课程目标通过课程设计，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握各种常见光学设计的基本原理与方法，通过文献检索与归纳总结，优化设计方案。课程目标2：能够针对具有特定需求的工程技术问题进行提炼和描述，确定相应的光学设计目标与技术方案。课程目标3：融会贯通光学设计课程的理论和方法，能够正确客观地评价光学设计对环境和可持续发展的影响。三、课程目标与毕业要求《光学系统CAD课程设计》课程教学目标对光电信息科学与工程专业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支持强度3.设计/开发解决方案3.1能够针对用户对光电信息系统的功能及技术指标要求，根据所学专业知识，确定设计目标，并通过分析、类比等方式提出满足要求的解决方案。课程目标1：掌握各种常见光学设计的基本原理与方法，通过文献检索与归纳总结，优化设计方案。H5.使用现代工具5.1能够了解和合理选择现代光电信息系统设计的工程技术资源和现代工程工具、信息技术工具，解决光电信息领域复杂工程问题并理解其局限性。课程目标2：能够针对具有特定需求的工程技术问题进行提炼和描述，确定相应的光学设计目标与技术方案。M10.沟通10.1具有较强的口头表述能力和书写能力，能够独立撰写光电信息领域中与工程相关问题的调查报告、实验报告等。课程目标3：融会贯通光学设计课程的理论和方法，能够正确客观地评价光学设计对环境和可持续发展的影响。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点课时安排对应的课程目标1.审题、选题、查阅资料，方案分析、比较教学要求：采用多媒体授课，以典型光学系统设计方案为例讲解课程设计的过程，下达任务书。学生根据任务书查阅资料、熟悉题目的具体内容及其设计原理，理解题目的具体内容和设计原理。重点：光学设计方案的基本原理。难点：最佳光学设计方案的确定。2天1、22.总体设计教学要求：根据光学方案及已知条件确定系统整体结构、优化设计方案的论证与比较，并在光学设计软件ZEMAX中进行建模。其中，要尽可能减小像差、增加通光量，提高MTF对比度，并且要便于使用。重点：系统整体结构的确定。难点：优化设计提高MTF值。1天1、23.光学系统各镜片的设计教学要求：根据总体设计的要求，分析光学系统中各透镜和镜片的作用及产生的像差，对各镜片进行视场、厚度、折射率、通光孔径等结构参数进行计算。重点：透镜的结构参数对像差的影响难点：使用解析方法进行计算2天1、24.光学系统的建模及像质评价教学要求：在规定时间内完成设计方案，并在ZEMAX软件中进行建模，熟练使用ZEMAX软件的镜头数据编辑、评价函数、多重结构、坐标断点、镜片翻转、全局坐标设置等功能，会使用MTF曲线、点列图、像差曲线、波像差图、畸变图等对像质进行评价重点：建模及像质评价。难点：坐标断点的使用。1天1、25.进行优化设计教学要求：在已经建立好的模型基础上，根据像质评价结果，进一步进行优化设计，通过设置变量、改变透镜材料、控制边界条件、设置操作数等方式，改善镜头的成像质量。重点：光学系统的优化。难点：各种操作数的使用。2天1、26.撰写说明教学要求：根据实际设计过程撰写说明书，说明书格式按照《河南工学院课程设计说明书（报告书）（模板）》，说明书中应有详细的设计步骤，每一步骤又要有相应的镜片参数、模型结构图和MTF曲线、点列图、像差曲线图等，做好记录，最终将优化后的结果和优化前的结果进行比较。重点：详细的实验步骤和记录。难点：说明书撰写格式。1天1、2、37.答辩教学要求：答辩是考核课程设计是否达到基本要求和相应水平的关键环节，是教师对学生论文的一次会诊和指导。考核内容包括学生对任务书、光学设计手册、参考资料的运用。教师提问的内容包括典型光学系统的工作原理、优化设计具体操作以及ZEMAX软件使用方法等。重点考察学生对典型光学系统设计步骤的掌握情况及说明书的质量，设计过程中的态度。同时检查设计创新性、工作量、有无违反学术规范现象等，提出改进意见。重点：相关基本原理与设计的整体考核。难点：课程设计质量的检验。1天1、2、3合计10天（2周）五、教学方法及手段由于课程内容与生产实践紧密结合，学习者应根据课程设计任务书、相关光学设计参考书，以自学为主、教师讲授为辅，学会综合应用相关软件进行光学系统的设计，并养成自觉遵守国家标准的习惯。六、教材和参考书1.推荐教材：李晓彤岑兆丰编著.《几何光学.像差.光学设计》（第4版）[M].杭州：浙江大学出版社.20202.参考书：(1)李林.《计算机辅助光学设计的理论与应用》[M].北京：国防工业出版社.2014(2)丁驰竹赵鑫郑丹.《光学零件CAD与加工工艺》[M].北京：化学工业出版社.2013(3)吉紫娟.《ZEMAX光学系统设计实训教程》[M].武汉：华中科技大学出版社.2018(4)郁道银,谈恒英.工程光学.第4版[M].北京：机械工业出版社.2016.(5)林晓阳.ZEMAX光学设计超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社.2014.(6)黄一帆,李林.光学设计教程[M].北京：北京理工大学出版社.2009.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由：学习态度、工作量完成情况、设计能力、设计说明书（报告书）、和答辩成绩五部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节分值考核/评价细则课程目标123学习态度10(1)主要考核学生学习纪律和答疑情况。(2)教师根据课堂整体表现情况评分。√√55工作量完成情况10(1)主要考核学生独立完成设计任务情况。(2)教师根据独立完成任务情况评分。√√√334设计能力40(1)主要考核说明书数据计算正确合理性。(2)教师根据计算合理性与否评分。√√2020设计说明书（报告书）30(1)主要考核学生的设计完成情况。。(2)教师根据说明书完成质量高低评分。√√√101010答辩成绩10(1)主要考核学生答辩自述和回答问题情况。(2)教师根据答辩自述情况和回答问题正确性与否进行评分。√√√334合计：100414118八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定课程设计采用优、良、中、及格、不及格五级评分制。即90分以上为优，80~89分为良，70~79分为中，60~69分为及格，60分以下为不及格。总成绩分五部分：学习态度、工作量完成情况、设计能力、设计说明书（报告书）和答辩成绩。其中：(1)学习态度占10%，无故旷课达3次取消总成绩；(2)工作量完成情况占10%；(3)设计能力占40%；(4)设计说明书（报告书）占30%；(5)答辩成绩占10%。最后一周的周五进行验收、答辩，由2-3位教师组成答辩考核小组，对每位学生进行口试答辩，要求学生根据设计回答教师所提出的问题。课程设计成绩根据学生设计的合理性、计算的准确性、设计说明书的规范性、设计中分析与解决问题的能力及设计态度和答辩情况综合评定。2.成绩评定标准考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥90（优秀）90>x≥80（良好）80>x≥70（中等）70>x≥60（及格）x<60（不及格）课堂表现10学习认真、态度端正，遵守纪律,表现优秀学习认真、态度端正，遵守纪律,表现良好遵守纪律，学习态度良好，表现中等遵守纪律，学习态度一般，表现一般学习纪律较差，表现较差工作量完成情况10独立完成设计任务的90%以上独立完成设计任务的80%以上独立完成设计任务的70%以上独立完成设计任务的60%以上独立完成设计任务的60%以下设计能力40综合运用理论知识、软件操作技能较强，能够较好地处理工程实际问题综合运用理论知识、软件操作技能较好，能够处理工程实际问题综合运用理论知识、软件操作技能一般，基本能够处理工程实际问题综合运用理论知识、软件操作技能一般，不能处理工程实际问题综合运用理论知识、软件操作技能较差，不能处理工程实际问题设计说明书（报告书）30设计方案正确、表达清楚；设计思路、实验（论证）方法科学合理；达到课程设计规定的要求设计方案正确、表达较为清楚；设计思路、实验（论证）方法科学合理；达到课程设计规定的要求设计方案基本正确、表达较为清楚；设计思路、实验（论证）方法基本合理；基本达