工程光學(xué)課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE8《工程光學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱工程光學(xué)課程編號(hào)01130013課程性質(zhì)必修課課程類別學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程開課單位測(cè)控教研室授課學(xué)期第4學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)3/48課內(nèi)學(xué)時(shí)48理論授課44上機(jī)學(xué)時(shí)0課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4課外學(xué)時(shí)48適用專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器是否雙語(yǔ)否先修課程大學(xué)物理、工程數(shù)學(xué)后續(xù)課程光電檢測(cè)、數(shù)字圖像處理、機(jī)械量測(cè)量等二、課程簡(jiǎn)介《工程光學(xué)》課程是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，分為上、下兩篇。幾何光學(xué)部分包括光學(xué)的基本概念、基本原理、像差理論、光度學(xué)基礎(chǔ)和典型系統(tǒng)等內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，為以后學(xué)習(xí)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光信息理論和從事光學(xué)測(cè)量或研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程綜合性、靈活性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，具有一定的難度。三、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：知識(shí)目標(biāo)能利用幾何光學(xué)的基本概念、基本定律和成像理論建立簡(jiǎn)單光學(xué)元件的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行成像計(jì)算；能掌握理想光學(xué)系統(tǒng)的思想以解決實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像問(wèn)題；能利用光學(xué)量的計(jì)算和光傳播定律分析光源和像的能量分布特點(diǎn)，解決光源選擇和光路設(shè)計(jì)問(wèn)題。課程目標(biāo)2：能力目標(biāo)能根據(jù)給定的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選定光學(xué)元件，確定系統(tǒng)參數(shù)，解決實(shí)際成像過(guò)程光路設(shè)計(jì)問(wèn)題；能利用光闌的基本概念和光束限制計(jì)算解決光學(xué)設(shè)計(jì)中的光束選擇問(wèn)題；能理解像差理論的基本思想評(píng)價(jià)成像質(zhì)量；能掌握典型光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成、參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)基本實(shí)用光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以解決測(cè)控系統(tǒng)中的光學(xué)測(cè)量問(wèn)題。課程目標(biāo)3：素質(zhì)目標(biāo)能夠識(shí)別工程問(wèn)題的綜合特征，理解光學(xué)測(cè)量技術(shù)在精密儀器中的應(yīng)用，增強(qiáng)創(chuàng)新和精益求精的工匠精神；能夠在光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中獲得科學(xué)的世界觀和方法論。（二）課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)11.2掌握解決測(cè)控系統(tǒng)工程領(lǐng)域問(wèn)題所需的工程基礎(chǔ)知識(shí)，具備應(yīng)用基本理論分析工程問(wèn)題的能力。1-工程知識(shí)課程目標(biāo)22.1能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和儀器儀表工程學(xué)科的基本原理對(duì)測(cè)控系統(tǒng)工程問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別與描述。4.1能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，針對(duì)測(cè)控系統(tǒng)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，探討分析解決方案；2-問(wèn)題分析4-研究課程目標(biāo)31.2掌握解決測(cè)控系統(tǒng)工程領(lǐng)域問(wèn)題所需的工程基礎(chǔ)知識(shí)，具備應(yīng)用基本理論分析工程問(wèn)題的能力。4.1能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，針對(duì)測(cè)控系統(tǒng)工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，探討分析解決方案；1-工程知識(shí)4-研究四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元幾何光學(xué)基本定律與成像概念（學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容幾何光學(xué)和物理光學(xué)的關(guān)系，幾何光學(xué)中的基本概念及四大基本定律；幾何光學(xué)系統(tǒng)中物、像概念及物像空間的劃分；幾何光學(xué)中線段、角的符號(hào)規(guī)則；單折射球面的光路計(jì)算；共軸球面系統(tǒng)逐次成像原理和計(jì)算方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：幾何光學(xué)的基本概念和定律；單個(gè)折射球面的光路計(jì)算。難點(diǎn)：物像的虛實(shí)和完善成像；光路建模的符號(hào)規(guī)則及光路計(jì)算。3.教學(xué)方法課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、線上測(cè)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠理解幾何光學(xué)的基本概念和定律，能夠計(jì)算物體經(jīng)折射球面后成像特點(diǎn)，包括正倒、縮放和虛實(shí)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1第二單元理想光學(xué)系統(tǒng)（學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容共線理論、基點(diǎn)和基面的含義；理想光學(xué)系統(tǒng)物像關(guān)系和放大率分析；多光組成像原理，雙光組光路的計(jì)算及典型雙光組的應(yīng)用；實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面的確定方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系和放大率。難點(diǎn)：理想光學(xué)系統(tǒng)物像關(guān)系計(jì)算和雙光組光路的特點(diǎn)。3.教學(xué)方法課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、案例分析、線上測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠識(shí)記理想光學(xué)系統(tǒng)的基本概念；能夠熟練運(yùn)用牛頓或高斯公式分析理想光學(xué)系統(tǒng)的光路計(jì)算；能夠分析典型雙光組的光路特點(diǎn)和應(yīng)用。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3第三單元平面與平面系統(tǒng)（學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容平面光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)；平面鏡成像原理和安裝要求；反射棱鏡成像規(guī)則及平行平板成像特點(diǎn)；各平面系統(tǒng)在整個(gè)光路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：反射棱鏡成像規(guī)則；平面鏡和平行平板的成像特點(diǎn)。難點(diǎn)：平行平板的等效和反射棱鏡的展開；折射棱鏡的應(yīng)用原理。3.教學(xué)方法課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠利用平面元件的成像特點(diǎn)設(shè)計(jì)光路解決光學(xué)測(cè)量問(wèn)題。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3第四單元光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制（學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容光闌的定義和作用；孔徑光闌、視場(chǎng)光闌和漸暈光闌的作用和分析；漸暈現(xiàn)象對(duì)成像的影響和漸暈系數(shù)的計(jì)算；場(chǎng)鏡的作用，景深和焦深的概念及遠(yuǎn)心光路的作用。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：孔徑光闌和視場(chǎng)光闌的判斷，遠(yuǎn)心光路的設(shè)計(jì)和作用。難點(diǎn)：光闌對(duì)光束限制的分析。3.教學(xué)方法課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠清晰分析光路中各個(gè)元件的限制作用，評(píng)價(jià)光束限制對(duì)成像的影響。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3第五單元光度學(xué)基礎(chǔ)（學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容輻射量和光度量參數(shù)的基本概念和關(guān)系；光傳播過(guò)程中光學(xué)量的基本定律；成像系統(tǒng)的光照度分析。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：光學(xué)量的計(jì)算和基本定律。難點(diǎn)：不同形狀光源各個(gè)光學(xué)量參數(shù)的分析。3.教學(xué)方法課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠利用點(diǎn)光源、面光源的發(fā)光特點(diǎn)和光線傳播的變化規(guī)律在光路設(shè)計(jì)中合理選擇光源、評(píng)價(jià)像質(zhì)的。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2第六單元像差理論（學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容球差、彗差、像散等幾何像差的定義、形成及對(duì)成像影響和校正。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：?jiǎn)紊庀癫畹男纬稍蚣靶Ｕｋy點(diǎn)：?jiǎn)紊庀癫钚纬稍蚣皩?duì)成像的影響。3.教學(xué)方法課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠分析各個(gè)像差的成因和特點(diǎn)解決光路成像的像質(zhì)問(wèn)題。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3第七單元典型光學(xué)系統(tǒng)（學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容眼睛的成像結(jié)構(gòu)、原理和特性；放大鏡的成像原理和視覺(jué)放大率、線視場(chǎng)的分析；顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光路組成及計(jì)算；目鏡、攝影系統(tǒng)和投影系統(tǒng)的光路組成及分析。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)和成像分析。難點(diǎn)：各典型光學(xué)系統(tǒng)的光束限制和視場(chǎng)計(jì)算。3.教學(xué)方法課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠掌握典型光學(xué)系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)解決其他的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的成像問(wèn)題。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一單元幾何光學(xué)基本定律與成像概念課堂講授、巡回指導(dǎo)、案例分析、線上測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)161：1第二單元理想光學(xué)系統(tǒng)課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、案例分析、線上測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3101：1第三單元平面與平面系統(tǒng)課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)。課程目標(biāo)1、2、381：1第四單元光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、361：1第五單元光度學(xué)基礎(chǔ)課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)。課程目標(biāo)1、261：1第六單元像差理論課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)課程目標(biāo)2、341：1第七單元典型光學(xué)系統(tǒng)課堂講授、課堂討論、巡回指導(dǎo)、線上測(cè)驗(yàn)。課程目標(biāo)1、2、381：1合計(jì)481：1五、課程考核及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績(jī)構(gòu)成（百分制）課程成績(jī)構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則平時(shí)成績(jī)30%課后作業(yè)50共計(jì)安排5次作業(yè)，主要考核各重點(diǎn)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，以計(jì)算形式為主，線下提交批閱，目標(biāo)分值=0.5×作業(yè)平均值。小組討論15共計(jì)安排3次線上討論，主要考核光路設(shè)計(jì)中光束限制、像差和各元件的功能等，根據(jù)討論內(nèi)容優(yōu)劣給小組打分，各小組內(nèi)根據(jù)任務(wù)分派組內(nèi)為每個(gè)人打分。目標(biāo)分值=0.15×討論平均值線上測(cè)驗(yàn)25安排5次線上客觀題測(cè)驗(yàn)，主要考核基礎(chǔ)知識(shí)，每次答題時(shí)間控制在15分鐘之內(nèi)。目標(biāo)分值=0.25×測(cè)驗(yàn)平均值出勤和綜合表現(xiàn)10按出勤、使用手機(jī)做與學(xué)習(xí)無(wú)關(guān)事情的次數(shù)按比例扣分，最終以滿分10分折算。實(shí)踐成績(jī)10%實(shí)驗(yàn)100安排2次實(shí)驗(yàn)，主要考核典型雙光組的應(yīng)用和折射棱鏡的應(yīng)用，每次實(shí)驗(yàn)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，按數(shù)據(jù)和報(bào)告內(nèi)容準(zhǔn)確、詳實(shí)度按比例以滿分10分折算。期末測(cè)驗(yàn)60%知識(shí)401.考核范圍：所有教學(xué)內(nèi)容2.測(cè)驗(yàn)題型：客觀題（選擇、判斷、填空）、主觀題（簡(jiǎn)答、作圖和計(jì)算）3.評(píng)價(jià)細(xì)則：客觀題占約50分，主觀題約占50分。能力40綜合應(yīng)用15創(chuàng)新5（二）課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元幾何光學(xué)基本定律與成像概念1、幾何光學(xué)基本概念和定律2、成像的基本概念3、單折射球面光路計(jì)算4、球面光學(xué)成像系統(tǒng)線上測(cè)驗(yàn)課后作業(yè)期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1第二單元理想光學(xué)系統(tǒng)1、共線成像理論2、基點(diǎn)和基面3、理想光學(xué)系統(tǒng)物像關(guān)系4、理想光學(xué)系統(tǒng)放大率5、理想光學(xué)系統(tǒng)的組合線上測(cè)驗(yàn)課后作業(yè)實(shí)驗(yàn)小組討論期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3第三單元平面與平面系統(tǒng)1、平面鏡成像2、平行平板3、反射棱鏡4、折射棱鏡和光楔課后作業(yè)實(shí)驗(yàn)期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3第四單元光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制1、光闌2、相機(jī)系統(tǒng)中的光闌3、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的光闌4、顯微鏡系統(tǒng)中的光闌線上測(cè)驗(yàn)課后作業(yè)小組討論期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3第五單元光度學(xué)基礎(chǔ)1、輻射量和光學(xué)量及其單位2、光傳播過(guò)程中光學(xué)量的變化3、成像系統(tǒng)像面的光照度線上測(cè)驗(yàn)課后作業(yè)期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2第六單元像差理論1、軸上點(diǎn)像差2、正弦差和彗差3、場(chǎng)曲和像散4、畸變5、色差小組討論期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)2、3第七單元典型光學(xué)系統(tǒng)1、眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)2、放大鏡3、顯微鏡系統(tǒng)4、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)5、其他典型光學(xué)系統(tǒng)線上測(cè)驗(yàn)課后作業(yè)期末測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材郁道銀，談恒英.工程光學(xué)基礎(chǔ)教程（第2版），機(jī)械工業(yè)出版社，2017.11（二）相關(guān)推薦書目1.郁道銀，談恒英.工程光學(xué)（第4版），機(jī)械工業(yè)出版社，2023.122.李湘寧，賈宏志，張榮福等.工程光學(xué)（第3版），科學(xué)出版社，2022.62.李林，黃一帆.應(yīng)用光學(xué)（第5版），北京理工大學(xué)出版社，2017.1（三）課程資源<1>工程光學(xué)：