《光学机械结构设计》课程教学大纲（本科）

1、光学机械结构设计(Optomechanical Design)课程代码：03410117学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：24 实验学时：0 上机学时：8 课程实践学时:0 ） 先修课程：工程图学C、光学、光学系统设计适用专业：光电信息科学与工程教材：自编讲义一、课程性质与课程目标（-）课程性质光学机械结构设计是光电信息科学与工程专业的一门专业选修课。本课程通过对光学机械的设 计过程进行介绍，并对关键光学元件在光学设备中的安装、环境对光学结构的影响、光学器件和机 械结构常用材料、光学零件的制造技术等的详细讲解，使学生建立起光学机械结构设计的最基本概 念，了解温度、压力、湿度等工作环境对

2、光学器件的腐蚀以及光对光学器件的损伤；讲解光学玻璃、 光学晶体的材料性质以及常用光学机械部件所使用的材料，使学生了解常用光学零件的制造技术、 公差和装配技术；然后，通过对典型光学机械进行设计、分析、安装和调试，进一步拓宽学生的知 识面，使他们今后能够设计出高性能价格比的产品。（二）课程目标本课程的教学目标是使学生掌握光学机械结构设计的相关知识和方法，学完该课程后，学生能 够掌握以下知识：课程目标1:掌握光学机械结构的设计流程、设计分析和计算机模拟方法、机械结构的建模、 设计评审以及设备定型等相关知识；掌握典型光学机械零件的制造方法、装配流程，掌握光学机械 零件公差的选用和标注方法。在此基础上，

3、具备典型光学机械零件和机械结构的设计能力。课程目标2：能够利用专业知识，对已有光学机械结构性能进行分析、设计和改进。二、课程内容与教学要求第一章概述（一）教学内容（1）光学机械结构设计流程（2）设计分析金额计算机模拟；（3）公差相关概念和建模方法（4）设计评审和机械结构的定型（二）教学要求了解光学机械设计的一般概念，设计流程和方法，公差选择，建模工具和模拟方法。光学机 械的分类及应用领域。（三）重、难点公差选择和建模分析方法。第二章环境对光学机械的影响（-）教学内容（1）温度、压力、应力应变、振动、冲击以及湿度等工作环境对光学机械结构的影响（2）镜头组件的磨损和腐蚀对光学系统的影响（3）高能辐

4、射和激光对光学器件的损伤（4）光学器件损伤的基本机制和解决损伤的方法（二）教学要求掌握由于温度的变化引起结构的变化，从而引起光学系统的变化；温度的变化引起光学件的面 形变化；温度的变化引起光轴的失调等知识。认识到振动对精密光学仪器的有害作用，振动的两种 类型。了解光学器件设计时防热和抗震的设计方法。了解高能辐射和激光对元器件的损伤机制和解 决方法。（三）重点与难点温度引起的应力应变对光学结构的影响规律；振动的类型；热影响的计算和分析。第三章材料的光学特性和制造技术（-）教学内容（1）材料的折射光学，光学玻璃、光学塑料、光学晶体的光学特性（2）光学晶体材料成分、不同参数对光学材料的热行为的影响（

5、3）材料的反射光学、材料的稳定性和刚性（4）光学机械结构常用的材料性质和选择（5）常用粘合剂的选择（6）光学结构制造技术（二）教学要求了解碱金属、碱土金属卤化物、硫化物等光学材料的光学特性了解材料的折射、反射、刚度特性了解常用的铝、铜、碳钢、复合材料等光学机械结构材料了解常用的粘合剂了解光学零件的制造、加工、铸造、复合材料固化等技术（三）重点与难点材料的机械性能、光学性能；零件的机械制造方法。第四章透镜的设计安装（一）教学内容（1）透镜中心设计（2）透镜公差选择、镜头的重量和中心位置（3）低精度透镜安装座的结构（4）球面接口的透镜安装座结构（二）教学要求（1）掌握透镜中心设计方法了解透镜公差选

6、择原则了解各种类型的透镜安装座结构（三）重点与难点透镜的公差选择、透镜安装座的机械结构和安排方法。第五章棱镜和反射镜的设计安装（一）教学内容（1）棱镜表面折射和反射、棱镜变形引起的畸变（2）棱镜的安装方法（3）反射镜的设计和加工（4）反射镜的安装方法（二）教学要求了解棱镜的热变形引起的畸变；了解各种棱镜的设计方法；了解棱镜安装方法；了解反射镜 的设计和加工方法。（三）重点与难点重点：各种类型棱镜和反射镜的结构难点：棱镜和反射镜安装座的机械结构和安装方法第六章光学仪器结构分析设计（一）教学内容UG三维设计软件零件设计、装配和工程图（2）热和振动有限元分析（3）光学结构的模块化设计原理与实例（4）

7、军用望远镜结构设计实例（二）教学要求（1）掌握UG三维零件设计、装配和工程图（2）掌握abaqus有限元软件在光学结构设计中的应用（3）掌握光学结构的模块化设计方法（4）能够应用辅助软件进行军用望远镜的结构设计三、本课程上机课时安排编号上机学时类型要求支撑的课程目标1UG软件基本操作练习2验证性必做目标1、225维光学安排架机械结构设计（安装普通光学镜片）2设计性必做目标1、236维光学安排架机械结构设计 （安装电光调Q开关）2设计性必做目标1、24双灯泵电光调Q固体激光谐振 腔结构设计2综合性必做目标1、2注：1 ,“类型”填验证性、综合性、设计性等；要求”填必做、选做。上机1： UG软件基

8、本操作练习学习UG软件的基木操作步骤，能够构建基木机械结构模型上机2： 5维光学安排架机械结构设计设计普通光学镜片安装安排架，并在UG中建立其机械结构模型。上机3： 6维光学安排架机械结构设计设计调Q开关等的安装安排架，并在UG中建立其机械结构模型。上机4：双灯泵电光调Q固体激光谐振腔结构设计在上机1、2、3项目的基础上，设计双灯泵电光调Q固体激光谐振腔结构，并在UG中建立其机械结构模型。四、学时分配及教学方法注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上机课程 实践小 计第一章22讲授法目标1、2第一早44讲授法

9、目标1、2第三章55讲授法目标1、2第四章55讲授法目标1、2第五章44讲授法目标1、2第六章44讲授法目标1、288研究型目标1、2合计248322.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教 学方法）等。五、课程考核注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。考核形式考核要求考核权重支持的课程目标课堂表现到课率和课堂提问20%目标1、2上机上机成绩30%目标1、2大作业大作业成绩50%目标1、2.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等。.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项

10、目设计要求等。.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、课程目标达成度评价课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）课程目标1大作业、上机、课堂表现期末考试中对应试题平均分+课堂表 现 =65课程目标2大作业、上机、课堂表现期末考试中对应试题平均分+课堂表 现 =65七、参考书目及学习资料1. Opto-Mechanical Systems Design, Paul R. Norwalk: Optical Science and Engineering Second Edition, 2006八、大纲说明1 ,上机和实验的学时数不少于课程总学时数的20%o并要求有大量业余上机机会。通过实验， 应使学生掌握环境对光学性能的影响、了解光学工程所涉及到的机械结构组成、材料的种类、机械 性能、各种镜头的类型和