《工程光学》课程教学大纲

《ADDINCNKISM.UserStyle工程光学》课程教学大纲课程名称：工程光学 课程编号：F098091101英文名称：EngineeringOptics学时：48学时 学分：3学分开课学期：第4学期适用专业：光电信息科学与工程专业课程类别：理论课课程性质：专业核心课先修课程：高等数学、大学物理、物理光学一、课程的性质及任务《工程光学》是光电信息科学与工程专业必修的专业核心课之一，其内容涵盖几何光学和物理光学两个模块。涉及：几何光学基本定律和成像特性；理想光学系统的光学参数和成像关系；典型光学系统的成像特性和设计要求；光学系统成像质量和像差公差；光的干涉、衍射原理及经典装置；光的偏振及应用等具体内容。通过对本课程的学习，使学生系统掌握几何光学和物理光学基本理论；掌握经典光学系统成像原理；学会常用光学仪器和器件的使用方法；了解光学成像和光学检测的基本技术和方法。综合提升学生理论分析、实验、实践等能力。依据河北工程大学光电信息科学与工程专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：能将数学、物理学、工程光学的语言工具用于相关领域工程问题的表述。（毕业要求指标1.4）能够运用工学光学基本原理，结合现代文献研究，分析复杂工程问题的影响因素，获得有效结论。（毕业要求指标1.4、2.10）能够针对实际需要的特定需求，完成光路、光学设备等的设计。（毕业要求指标1.4、2.10）能够根据实验方案，构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验数据；（毕业要求指标2.10、2.11、2.12）能够对采集到的实验数据进行整理、分析和解释，并能通过信息综合进行优化。（毕业要求指标1.4、2.11）二、课程目标与要求2.1课程目标能够应用几何光学和物理光学的基本概念和原理，正确表述涉及光学仪器、光学检测、光学工程等领域的技术问题。能够根据理想光学系统模型、像差理论和像质评价方法，对成像系统的成像特性、光学参数、技术指标及其影响因素等进行量化计算与分析。根据光的干涉、衍射及其偏振原理，对光学仪器、光学检测等工程问题进行分析和解释，确定结果的影响因素，并给出合理的结论。能够按照实际需要，应用几何光学和物理光学有关原理及其评价方法，对光学系统的基本光路进行初步计算或确定计算步骤；能选择合适的光学器件，初步设计或搭建基本光路；或根据需求，合理计算或设计光学元件的结构参数。能够按照实验目的，完成几何光学和物理光学对应实验项目的光路搭建、实验测试、实验数据处理、结果分析、问题讨论等学习环节。能够安全、规范地开展实验，准确获取实验数据并进行分析和解释，确定结果的影响因素和需要改进完善的校正装置及元器件参数。测控电路课程教学大纲数理科学与工程学院本科课程教学大纲.4目标达成度的评价课程目标1、2、3、4主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课堂测试、课后作业和期末考试中概念性、原理性题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。三、教学方法及手段1.理论教学以课堂讲授为主，面向基础知识的准确、扎实掌握，突出对原理的分析、对方法的总结以及理论体系的完整建立；2.理论教学强调将各种光学仪器的实际情况紧密联系，面向知识的实际应用；3.课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。四、课程的基本内容与教学要求第1章几何光学基本定律与成像概念[教学目的与要求]：了解几何光学基本定律、光路计算近轴近似公式、单折射球面系统垂轴放大率、轴向放大率、角放大率的计算公式及其相互关系，掌握完善成像条件、光路计算及近轴近似、球面光学成像系统。[本章主要内容]：1.1几何光学的基本定律和原理（支撑课程目标1、2）1.2成像的基本概念与完善成像（支撑课程目标1、2）1.3光路计算与近轴光学系统（支撑课程目标1、2）1.4球面光学成像系统（支撑课程目标1、2）[本章重点]：几何光学基本定律。光路计算近轴近似公式。单折射球面放大率及其成像性质。[本章难点]：共轴球面系统成像。第2章理想光学系统[教学目的与要求]：了解理想光学系统的基点和基面，掌握理想光学系统的物像关系，理想光学系统的放大率，理想光学系统的组合和透镜。[本章主要内容]：2.1理想光学系统与共线成像理论（支撑课程目标1、2）2.2理想光学系统的基点与基面（支撑课程目标1、2）2.3理想光学系统的物像关系2.4理想光学系统的放大率2.5理想光学系统的组合[本章重点]：理想光学系统的物像关系。理想光学系统的组合。[本章难点]：理想光学系统的组合。第3章平面与平面系统[教学目的与要求]：掌握平面镜、双面镜成像特性和旋转特性，掌握反射棱镜成像方向判断原则，掌握棱镜和光楔最小偏向角计算公式。[本章主要内容]：3.1平面镜成像（支撑课程目标1、2）3.2平行平板（支撑课程目标1、2）3.3反射棱镜（支撑课程目标1、2）3.4折射棱镜与光楔[本章重点]：平面镜。双面镜成像特性。旋转特性及其应用。反射棱镜和折射棱镜的作用。[本章难点]：反射棱镜成像特性的判断。第4章光学系统中的光阑与光束限制[教学目的与要求]：了解光阑的作用和分类，掌握照相系统中的光阑，望远镜系统中成像光束的选择，显微镜系统中的光束限制与分析，光学系统的景深。[本章主要内容]：4.1光阑（支撑课程目标1、2）4.2照相系统中的光阑（支撑课程目标1、2）4.3望远镜系统中成像光束的选择（支撑课程目标2、3）4.4显微镜系统中的光束限制与分析4.5光学系统的景深（支撑课程目标2、3、4）4.6数码照相机镜头的景深（支撑课程目标3、4）[本章重点]：光阑、入瞳、出瞳、入窗、出窗的概念及其对应共轭关系。典型光学系统中的光束限制与分析。[本章难点]：显微镜系统中的光束限制与分析。第5章光度学和光度学基础[教学目的与要求]：了解辐射量和光学量及其单位，颜色的分类及颜色的表现特征和颜色混合及格拉斯曼颜色混合，掌握光传播过程中光学量的变化和成像系统像面的光照度。[本章主要内容]：5.1辐射量和光学量及其单位（支撑课程目标1、2）5.2光传播过程中光学量的变化5.3成像系统像面的光照度5.4颜色的分类及颜色的表现特征5.5颜色混合及格拉斯曼颜色混合[本章重点]：成像系统像面的光照度[本章难点]：光传播过程中光学量的变化第6章光线的光路计算及像差理论[教学目的与要求]：掌握几何像差和波像差的种类、含义及其矫正方法；掌握齐明透镜设计原理及其作用。[本章主要内容]：6.1概念6.2光线的光路计算（支撑课程目标2、3）6.3轴上点的球差6.4正弦差和彗差6.5场曲和像散6.6畸变6.7色差6.8相差特征曲线与分析6.9波像差[本章重点]：像差的概念和分类。[本章难点]：齐明透镜设计原理及其作用。第7章典型光学系统[教学目的与要求]：了解眼睛结构及其远视眼和近视眼的矫正；掌握放大镜、显微镜、望远镜等典型光学系统的成像原理图；掌握放大镜、显微镜、望远镜等典型光学系统的视觉放大率、分辨率、出瞳距、线视场或视场角等基本参数及其计算公式。[本章主要内容]：7.1眼睛及光学系统7.2放大镜7.3显微镜系统（支撑课程目标3、4）7.4望远镜系统（支撑课程目标3、4）7.5目镜7.6摄影系统7.7投影系统[本章重点]：放大镜、显微镜、望远镜等典型光学系统的成像原理及其基本参数计算。[本章难点]：放大镜、显微镜、望远镜等典型光学系统基本参数的计算。第8章现代光学系统[教学目的与要求]：掌握激光光学系统；掌握傅里叶变换光学系统；了解扫描光学系统；了解光纤光学系统。[本章主要内容]：8.1激光光学系统（支撑课程目标1、2）8.2傅里叶变换光学系统（支撑课程目标1、2）8.3扫描光学系统8.4光纤光学系统[本章重点]：激光光学系统。[本章难点]：傅里叶变换光学系统。第9章光学系统的像质评价[教学目的与要求]：掌握瑞利判断、中心点亮度、点列图、光学传递函数等基本像质评价方法及其优缺点。[本章主要内容]：9.1瑞利判断与波前图（支撑课程目标1、2）9.2中心点亮度与能量包容图（支撑课程目标1、2）9.3分辨率与点扩散函数[本章重点]：光学系统的像质评价的基本方法。[本章难点]：光学传递函数评价成像质量。五、课程学时分配教学课次教学内容教学环节与计划时数教学环节计划时数1几何光学的基本定律和准则；成像的基本概念与完善成像理论课22光路计算与近轴光学系统；球面光学成像系统理论课23理想光学系统与共线成像；理论理想光学系统的基点与基面理论课24理想光学系统的物像关系；理想光学系统的放大率理论课25理想光学系统的组合理论课26平面镜成像；平行平板理论课27反射棱镜；折射棱镜与光楔理论课28光阑；照相系统中的光阑理论课29望远镜系统中成像光束的选择；显微镜系统中的光束限制与分析理论课210光学系统的景深；数码照相机镜头的景深理论课211辐射量和光学量及其单位；光传播过程中光学量的变化理论课212成像系统像面的光照度；颜色的分类及颜色的表现特征；颜色混合及格拉斯曼颜色混合理论课213概念；光线的光路计算理论课214轴上点的球差；正弦差和彗差；场曲和像散理论课215畸变；色差；相差特征曲线与分析；波像差理论课216眼睛及光学系统；放大镜理论课217显微镜系统；望远镜系统理论课218目镜；摄影系统；投影系统理论课219激光光学系统；傅里叶变换光学系统理论课220扫描光学系统；光纤光学系统理论课221瑞利判断与波前图理论课222中心点亮度与能量包容图；分辨率与点扩散函数理论课223习题讲解理论课224习题讲解理论课2注：实验课由实验教师负责协调安排时间，原则上安排在课堂教学结束后、考试之前一周以上完成。六、课程考核与成绩评定6.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末考试，其中课程过程考核占总成绩的30%，分别由课堂表现、课后作业进行评定；期末考试成绩占总成绩的70%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核（平时成绩）课堂表现15%30%作业15%期末成绩期末测试70%70%总计100%100%6.2考核内容及要求本课程为考试课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末考试70%几何光学基本定律与成像概念5～10目标1、2100分理想光学系统5～15目标1、2、3平面与平面系统5～10目标1、2光学系统中的光阑与光束限制10～15目标1、3像差理论10～15目标1、3光度学和色度学5～10目标1、2典型光学系统10～20目标2、3现代光学系统10～20目标2、3、4过程考核30%课堂表现课堂测试、出勤情况15目标1、2、3、415分课后作业作业完成情况15目标1、2、3、415分6.3成绩评定1.课堂表现课堂表现总分15分，由课堂测试与课堂出勤情况评定。其中，课堂测试满分10分，以客观题（填空、选择、判断）为主，每学期随堂测试15~20次，每次测试1~2道题目，每答错一道题目扣0.5分（直到扣满10分为止）；课堂出勤满分5分，缺勤一次扣1分，迟到或请假扣0.5分。2.课后作业课后作业总分15分，由作业完成情况评定。每学期布置作业5次，每次作业占3分，评分标准如下；评分标准分值标准描述课后作业3能够按时认真完成作业、作业态度认真、书写清楚、分析计算正确。2能够按时完成作业、作业态度较好、书写较清楚、分析计算基本正确1能够按时完成作业、作业态度一般、书写不清楚、分析计算错误较多0不交作业或作业态度不认真、抄袭他人作业3.期末考试采用闭卷考试形式进行，期末成绩为百分制，计入总成绩时乘以70%，由教务处安排考试流程，考试内容须覆盖支撑全部毕业要求指标的授课内容，考试完成后在综合教务系统中按照设定的占比系数录入成绩。七、课程评价与持续改进7.1课程评价课程评价周期定为每1年评价一次。设置达成情况目标值，采用成绩分析法进行评价。课程达成评价根据测控技术与仪器专业课程达成评价方法进行计算，评价结果用于持续改进。物理系负责人组织教师实施课程评价，制定持续改进措施，监督持续改进过程。课程负责人负责撰写课程考核总结报告，实施课程评价持续改进。7.2持续改进1）日常教学：根据学生学习情