教案_光信息_光学设计与CAD

1、_ _学院课程教案课程名称：_光学设计与CAD_课程编码：_x050032_总学时实验学时： 40 / 16 开课时间：2016年 9 月 8 日第 1 周至第 12 周 周学时：_2_授课年级、专业、班级：2014级_ _使用教材：_几何光学.像差.光学设计_授课教师：_ _ _一、课程总览课程教学目的通过本课程的学习，撑握光学系统的像差基本理论、像质评价的基本方法、像质评价的几种方法，能利用ZEMAX软件进行光学设计并能实现系统的优化。课程教学要求要撑握光学系统的像差理论，光学系统成像的七种基本像差，并懂得如何来消除像差；能熟练使用ZEMAX软件，懂得如何利用ZEMAX设计光学系统；能利用

2、三种优化方法来优化光学系统；能利用像差图像来分析光学系统的成像质量；懂得如何获取光学系统的初始结构。课程教学方法能使用ppt进行多媒体教学；课堂上能理论讲解与现场实验相结合。学生创新精神和实践能力培养方法本课程理论性与实践性相结合，这就要求学生在撑握光学设计基本理论的基础上来从实践上设计光学系统。在教学的过程中，采用了理论与实践相结合，理论课与实验课交叉进行，通过理论学习来指导实验，同时，通过实验来巩固所学理论以及发现问题。考核方式 闭卷 平时（20%）+实验及实验报告（30%）+考试（50%） 教学参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社.20

3、12；.ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司；.光学仪器设计手册（上册） 光学仪器设计手册编辑组，国防工业出版社， 1971。对教案的分析总结 本课程理论性与实践性相结合，这就要求学生在撑握光学设计基本理论的基础上来从实践上设计光学系统。在教学的过程中，采用了理论与实践相结合，理论课与实验课交叉进行，通过理论学习来指导实验，同时，通过实验来巩固所学理论以及发现问题。综合考试的成绩和平时学生的反映，我们觉得教案在以下方面还需要改进：1、理论与实践要更紧密的结合，在课堂上需要增加运用ZEMAX来进行光学设计；2、在不影响课本内容系统性的前提下，多引入课外知识以便更好的激发学生的学习兴趣。二、

4、课时教案周 次1授课时间2016年 9 月 9 日第 12 节章节名称第1章 绪论、第2章 像差理论§2.1轴上点球差。授课方式多媒体教学目的了解光学设计的发展概况掌握球差的基本概念、初级球差与高级球差理解单个折射球面的球差和球差分布、初级球差，第一赛得和数了解薄透镜和薄透镜系统的初级球差、平行平板的球差教学方法讲授法教学内容第1章 绪论1.1光学设计的发展概况1.2光学设计的具体过程和步骤1.3仪器对光学系统性能与质量的要求第2章 像差理论1、初级球差与高级球差2、单个折射球面的球差和球差分布3、薄透镜和薄透镜系统的初级球差4、初级球差，第一赛得和数，平行平板的球差教学重点难点光组

5、的设计为本课时的难点课堂讨论练习或作业1简述光学设计的基本过程参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社.2012；ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司。教学后记周 次2授课时间2016年 9 月 16 日第 12 节章节名称第二章：像差理论，2.2 轴外像差授课方式多媒体教学目的掌握彗差(coma)的概念、彗差的计算与曲线理解平行平板的球差了解高级彗差教学方法讲授法教学内容1预备知识2轴外像差概述3彗差(coma)4彗差的计算与曲线教学重点难点光组的设计为本课时的难点课堂讨论练习或作业1.一个光学系统，知其只包含初级和二级球差，更高级的球差

6、很小可忽略不计。 已知该系统的边光球差0，0.707带光球差0.015，求(1)表示出此系统的球差随相对高度的展开式，并计算0.5和0.85带光球差；(2)边缘光的初级球差和高 级球差；(3)最大剩余球差出现在哪一高度带上，数值多少？参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007； 教学后记周 次3授课时间2016年 9 月 23日第 12 节章节名称第二章：像差理论： 2.3像散与像面弯曲、匹兹凡面弯曲，2.4畸变授课方式多媒体教学目的掌握：像散和像面弯曲、畸变的基本概念理解：像散和像面弯曲、畸变的度量与曲线。教学方法讲授法教学内容1像散的产生与现象2像散与场曲的计算3畸变（distor

7、tion）4畸变产生与现象5 畸变的度量与曲线教学重点难点重点与难点：像散和像面弯曲、畸变的度量及其曲线。课堂讨论练习或作业1.一双分离薄透镜系统，其主光线与高斯像面交点的高度为9.82mm，相对畸变值为4.5%，试求理想像高。参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司；.光学仪器设计手册（上册） 光学仪器设计手册编辑组，国防工业出版社， 1971。教学后记周 次4授课时间2016年 9 月 23日第 12 节章节名称第二章：像差理论： §2.2轴外像差： 6初级轴外像差、7匹兹凡面弯曲、8单色几何像差小结。授课方式多媒体教学目的掌

8、握：匹兹凡面弯曲理解：初级（Seidal）轴外像差。教学方法讲授法教学内容1初级（Seidal）轴外像差2匹兹凡面弯曲3单色几何像差小结教学重点难点重点与难点：匹兹凡面弯曲。课堂讨论练习或作业1.讨论匹兹凡面弯曲对成像的影响参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司；.光学仪器设计手册（上册） 光学仪器设计手册编辑组，国防工业出版社， 1971。教学后记周 次5授课时间2016年 9 月 30 日第 12 节章节名称第二章：像差理论：2.5 色差授课方式多媒体教学目的撑握：位置色差、倍率色差的基本概念、位置色差的度量与位置色差曲线；理解：薄透

9、镜与薄系统的初级色差；了解：二级光谱、平行平板的初级球差与初级色差。教学方法讲授与实践相结合教学内容1位置色差2 位置色差的度量与位置色差曲线3倍率色差4初级位置色差与初级倍率色差 5初级球差，第一赛得和数 教学重点难点重点难点：色差的度量以及色差曲线课堂讨论练习或作业1.密接双薄透镜系统，已知总光焦度为，两透镜的阿贝数分别为 。若要消位置色差，试确定两透镜的光焦度分配。参考资料光学设计 刘钧、高明 国防工业出版社.2012；. 教学后记周 次6授课时间2016年 10 月 7 日第 12 节章节名称第3章 波像差、光学系统像差容限与像质评价：3.1 波像差 授课方式多媒体教学目的掌握：波像差

10、的定义、瑞利判据；理解：轴上点的波像差及其与球差的关系；了解：小像差系统、大像差系统。教学方法讲授与实践相结合教学内容1波像差的定义2轴上点的波像差及其与球差的关系教学重点难点重点难点：波像差的定义，轴上点的波像差及其与球差的关系课堂讨论练习或作业1.简述波像差以及利用波像差来判断成像质量。参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007 教学后记周 次7授课时间2016年 10 月 14 日第 12 节章节名称第3章 波像差、光学系统像差容限与像质评价：3.1 波像差 3.2光学系统像差容限授课方式多媒体教学目的理解：色差的波像差；了解：光学系统像差容限。教学方法讲授与实践相结合教学内容1

11、轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系 2参考点移动产生的波像差、焦深（depth of focus） 3 色差的波像差表示 4光学系统像差容限5小像差系统（如目视光学仪器）瑞利判据： 6大像差系统（如摄影物镜）应校正全部 像差 教学重点难点重点难点：色差的波像差课堂讨论练习或作业1.分别列举5种小像差系统与大像差系统参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007 教学后记周 次8授课时间2016年 10 月 21 日第 12 节章节名称第3章：波像差、光学系统像差容限与像质评价3.3光学系统质量评价简介授课方式多媒体教学目的重点掌握：扇形图、光程差图、点列图、光学传递函数撑握： 斯特列尔判断

12、、瑞利判断、分辨率了解：像差容限。教学方法讲授与实践相结合教学内容1像差容限2扇形图3光程差图 4点列图5光学传递函数教学重点难点重点难点：光学传递函数课堂讨论练习或作业1.论述像质评价的几种方法。参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；光学仪器设计手册（上册） 光学仪器设计手册编辑组，国防工业出版社， 1971。教学后记周 次9授课时间2016年 10 月 28 日第 12 节章节名称第4章 光学系统的初始设计: 6.1 PW形式的初级像差系数,6.2薄透镜系统的基本像差参量 授课方式多媒体教学目的掌握：PW形式的初级像差系数，薄透镜系统的基本像差参量； 理解：双胶合薄透镜组的基

13、本像差参量与结构参数的关系；教学方法讲授与实践相结合教学内容1PW的定义及PW形式的初级像差系数 2薄透镜系统初级像差的PW表示式 3薄透镜系统的基本像差参量 教学重点难点重点难点：薄透镜系统的基本像差参量。课堂讨论练习或作业1.简述用PW法求双胶合透镜的初始结构（即总结一下如何运用PW法求双胶合透镜初始结构）参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司。 教学后记周 次10授课时间2016年 11 月 4 日第 12 节章节名称第4章 光学系统的初始设计: 3双胶合薄透镜组的基本像差参量与结构参数的关系 4用PW方法求解初始结构参数实例授课方

14、式多媒体教学目的掌握：双胶合薄透镜组的基本像差参量与结构参数的关系； 理解：利用PW方法求解初始结构参数教学方法讲授与实践相结合教学内容1双胶合薄透镜组的基本像差参量与结构参数的关系2用PW方法求解初始结构参数实例教学重点难点重点难点：双胶合薄透镜组的基本像差参量与结构参数的关系课堂讨论练习或作业1简述光学设计的基本过程参考资料ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司；光学仪器设计手册（上册） 光学仪器设计手册编辑组，国防工业出版社， 1971。教学后记周 次11授课时间2016年 11 月 11 日第 12 节章节名称第四章 光学系统的优化：4.1光学系统的优化简介，4.2 优化四步骤，4

15、.3 变量的选择，4.4 默认评价函数的建立 ，4.5 优化操作数。 授课方式多媒体教学目的重点掌握：变量的选择、默认评价函数的建立、评价函数的修改、优化操作数；理解：阻尼最小二乘法光学自动设计原理；了解：初始结构的确定。教学方法讲授与实践相结合教学内容1光学系统的优化简介2优化四步骤3变量的选择4默认评价函数的建立 5优化操作数 教学重点难点重点：优化四步骤、变量的选择难点：阻尼最小二乘法光学自动设计原理课堂讨论练习或作业1.设计一个焦距为100mm的单透镜1、单透镜的初始结构：（半径的计算） R d 材料 103.36 4 BK7 -103.36 D=20 ; =0.587m ; =0 输入程序后，见07研数据单双透镜1-0 此时20线对/毫米MTF=0.0122、设置变量，建立默认评价函数，增加操作数EFFL、SPHA见07研数据单双透镜1-2。3、执行优化后见 单双透镜1-1。此时20线对/毫米MTF=0.325改进：结构复杂化双透镜参考资料应用光学 张以谟 机械工业出版社 2007；.ZEMAX中文使用手册讯技光电科技有限公司。教学后记周 次12授课时间2016年 11 月 18 日第 12 节章节名称第6章 光线的光路计算：计算举例、光线经过