《工程光學》課程教學大綱

《ADDINCNKISM.UserStyle工程光學》課程教學大綱課程名稱：工程光學 課程編號：F098091101英文名稱：EngineeringOptics學時：48學時 學分：3學分開課學期：第4學期適用專業(yè)：光電信息科學與工程專業(yè)課程類別：理論課課程性質：專業(yè)核心課先修課程：高等數(shù)學、大學物理、物理光學一、課程的性質及任務《工程光學》是光電信息科學與工程專業(yè)必修的專業(yè)核心課之一，其內容涵蓋幾何光學和物理光學兩個模塊。涉及：幾何光學基本定律和成像特性；理想光學系統(tǒng)的光學參數(shù)和成像關系；典型光學系統(tǒng)的成像特性和設計要求；光學系統(tǒng)成像質量和像差公差；光的干涉、衍射原理及經典裝置；光的偏振及應用等具體內容。通過對本課程的學習，使學生系統(tǒng)掌握幾何光學和物理光學基本理論；掌握經典光學系統(tǒng)成像原理；學會常用光學儀器和器件的使用方法；了解光學成像和光學檢測的基本技術和方法。綜合提升學生理論分析、實驗、實踐等能力。依據(jù)河北工程大學光電信息科學與工程專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學生的能力是：能將數(shù)學、物理學、工程光學的語言工具用于相關領域工程問題的表述。（畢業(yè)要求指標1.4）能夠運用工學光學基本原理，結合現(xiàn)代文獻研究，分析復雜工程問題的影響因素，獲得有效結論。（畢業(yè)要求指標1.4、2.10）能夠針對實際需要的特定需求，完成光路、光學設備等的設計。（畢業(yè)要求指標1.4、2.10）能夠根據(jù)實驗方案，構建實驗系統(tǒng)，安全地開展實驗，正確地采集實驗數(shù)據(jù)；（畢業(yè)要求指標2.10、2.11、2.12）能夠對采集到的實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析和解釋，并能通過信息綜合進行優(yōu)化。（畢業(yè)要求指標1.4、2.11）二、課程目標與要求2.1課程目標能夠應用幾何光學和物理光學的基本概念和原理，正確表述涉及光學儀器、光學檢測、光學工程等領域的技術問題。能夠根據(jù)理想光學系統(tǒng)模型、像差理論和像質評價方法，對成像系統(tǒng)的成像特性、光學參數(shù)、技術指標及其影響因素等進行量化計算與分析。根據(jù)光的干涉、衍射及其偏振原理，對光學儀器、光學檢測等工程問題進行分析和解釋，確定結果的影響因素，并給出合理的結論。能夠按照實際需要，應用幾何光學和物理光學有關原理及其評價方法，對光學系統(tǒng)的基本光路進行初步計算或確定計算步驟；能選擇合適的光學器件，初步設計或搭建基本光路；或根據(jù)需求，合理計算或設計光學元件的結構參數(shù)。能夠按照實驗目的，完成幾何光學和物理光學對應實驗項目的光路搭建、實驗測試、實驗數(shù)據(jù)處理、結果分析、問題討論等學習環(huán)節(jié)。能夠安全、規(guī)范地開展實驗，準確獲取實驗數(shù)據(jù)并進行分析和解釋，確定結果的影響因素和需要改進完善的校正裝置及元器件參數(shù)。測控電路課程教學大綱數(shù)理科學與工程學院本科課程教學大綱.4目標達成度的評價課程目標1、2、3、4主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過課堂測試、課后作業(yè)和期末考試中概念性、原理性題目進行考核。目標達成綜合以上內容進行評價。三、教學方法及手段1.理論教學以課堂講授為主，面向基礎知識的準確、扎實掌握，突出對原理的分析、對方法的總結以及理論體系的完整建立；2.理論教學強調將各種光學儀器的實際情況緊密聯(lián)系，面向知識的實際應用；3.課程強調學生的自主學習，強調通過自學的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎上舉一反三。四、課程的基本內容與教學要求第1章幾何光學基本定律與成像概念[教學目的與要求]：了解幾何光學基本定律、光路計算近軸近似公式、單折射球面系統(tǒng)垂軸放大率、軸向放大率、角放大率的計算公式及其相互關系，掌握完善成像條件、光路計算及近軸近似、球面光學成像系統(tǒng)。[本章主要內容]：1.1幾何光學的基本定律和原理（支撐課程目標1、2）1.2成像的基本概念與完善成像（支撐課程目標1、2）1.3光路計算與近軸光學系統(tǒng)（支撐課程目標1、2）1.4球面光學成像系統(tǒng)（支撐課程目標1、2）[本章重點]：幾何光學基本定律。光路計算近軸近似公式。單折射球面放大率及其成像性質。[本章難點]：共軸球面系統(tǒng)成像。第2章理想光學系統(tǒng)[教學目的與要求]：了解理想光學系統(tǒng)的基點和基面，掌握理想光學系統(tǒng)的物像關系，理想光學系統(tǒng)的放大率，理想光學系統(tǒng)的組合和透鏡。[本章主要內容]：2.1理想光學系統(tǒng)與共線成像理論（支撐課程目標1、2）2.2理想光學系統(tǒng)的基點與基面（支撐課程目標1、2）2.3理想光學系統(tǒng)的物像關系2.4理想光學系統(tǒng)的放大率2.5理想光學系統(tǒng)的組合[本章重點]：理想光學系統(tǒng)的物像關系。理想光學系統(tǒng)的組合。[本章難點]：理想光學系統(tǒng)的組合。第3章平面與平面系統(tǒng)[教學目的與要求]：掌握平面鏡、雙面鏡成像特性和旋轉特性，掌握反射棱鏡成像方向判斷原則，掌握棱鏡和光楔最小偏向角計算公式。[本章主要內容]：3.1平面鏡成像（支撐課程目標1、2）3.2平行平板（支撐課程目標1、2）3.3反射棱鏡（支撐課程目標1、2）3.4折射棱鏡與光楔[本章重點]：平面鏡。雙面鏡成像特性。旋轉特性及其應用。反射棱鏡和折射棱鏡的作用。[本章難點]：反射棱鏡成像特性的判斷。第4章光學系統(tǒng)中的光闌與光束限制[教學目的與要求]：了解光闌的作用和分類，掌握照相系統(tǒng)中的光闌，望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇，顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析，光學系統(tǒng)的景深。[本章主要內容]：4.1光闌（支撐課程目標1、2）4.2照相系統(tǒng)中的光闌（支撐課程目標1、2）4.3望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇（支撐課程目標2、3）4.4顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析4.5光學系統(tǒng)的景深（支撐課程目標2、3、4）4.6數(shù)碼照相機鏡頭的景深（支撐課程目標3、4）[本章重點]：光闌、入瞳、出瞳、入窗、出窗的概念及其對應共軛關系。典型光學系統(tǒng)中的光束限制與分析。[本章難點]：顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析。第5章光度學和光度學基礎[教學目的與要求]：了解輻射量和光學量及其單位，顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征和顏色混合及格拉斯曼顏色混合，掌握光傳播過程中光學量的變化和成像系統(tǒng)像面的光照度。[本章主要內容]：5.1輻射量和光學量及其單位（支撐課程目標1、2）5.2光傳播過程中光學量的變化5.3成像系統(tǒng)像面的光照度5.4顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征5.5顏色混合及格拉斯曼顏色混合[本章重點]：成像系統(tǒng)像面的光照度[本章難點]：光傳播過程中光學量的變化第6章光線的光路計算及像差理論[教學目的與要求]：掌握幾何像差和波像差的種類、含義及其矯正方法；掌握齊明透鏡設計原理及其作用。[本章主要內容]：6.1概念6.2光線的光路計算（支撐課程目標2、3）6.3軸上點的球差6.4正弦差和彗差6.5場曲和像散6.6畸變6.7色差6.8相差特征曲線與分析6.9波像差[本章重點]：像差的概念和分類。[本章難點]：齊明透鏡設計原理及其作用。第7章典型光學系統(tǒng)[教學目的與要求]：了解眼睛結構及其遠視眼和近視眼的矯正；掌握放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等典型光學系統(tǒng)的成像原理圖；掌握放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等典型光學系統(tǒng)的視覺放大率、分辨率、出瞳距、線視場或視場角等基本參數(shù)及其計算公式。[本章主要內容]：7.1眼睛及光學系統(tǒng)7.2放大鏡7.3顯微鏡系統(tǒng)（支撐課程目標3、4）7.4望遠鏡系統(tǒng)（支撐課程目標3、4）7.5目鏡7.6攝影系統(tǒng)7.7投影系統(tǒng)[本章重點]：放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等典型光學系統(tǒng)的成像原理及其基本參數(shù)計算。[本章難點]：放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等典型光學系統(tǒng)基本參數(shù)的計算。第8章現(xiàn)代光學系統(tǒng)[教學目的與要求]：掌握激光光學系統(tǒng)；掌握傅里葉變換光學系統(tǒng)；了解掃描光學系統(tǒng)；了解光纖光學系統(tǒng)。[本章主要內容]：8.1激光光學系統(tǒng)（支撐課程目標1、2）8.2傅里葉變換光學系統(tǒng)（支撐課程目標1、2）8.3掃描光學系統(tǒng)8.4光纖光學系統(tǒng)[本章重點]：激光光學系統(tǒng)。[本章難點]：傅里葉變換光學系統(tǒng)。第9章光學系統(tǒng)的像質評價[教學目的與要求]：掌握瑞利判斷、中心點亮度、點列圖、光學傳遞函數(shù)等基本像質評價方法及其優(yōu)缺點。[本章主要內容]：9.1瑞利判斷與波前圖（支撐課程目標1、2）9.2中心點亮度與能量包容圖（支撐課程目標1、2）9.3分辨率與點擴散函數(shù)[本章重點]：光學系統(tǒng)的像質評價的基本方法。[本章難點]：光學傳遞函數(shù)評價成像質量。五、課程學時分配教學課次教學內容教學環(huán)節(jié)與計劃時數(shù)教學環(huán)節(jié)計劃時數(shù)1幾何光學的基本定律和準則；成像的基本概念與完善成像理論課22光路計算與近軸光學系統(tǒng)；球面光學成像系統(tǒng)理論課23理想光學系統(tǒng)與共線成像；理論理想光學系統(tǒng)的基點與基面理論課24理想光學系統(tǒng)的物像關系；理想光學系統(tǒng)的放大率理論課25理想光學系統(tǒng)的組合理論課26平面鏡成像；平行平板理論課27反射棱鏡；折射棱鏡與光楔理論課28光闌；照相系統(tǒng)中的光闌理論課29望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇；顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析理論課210光學系統(tǒng)的景深；數(shù)碼照相機鏡頭的景深理論課211輻射量和光學量及其單位；光傳播過程中光學量的變化理論課212成像系統(tǒng)像面的光照度；顏色的分類及顏色的表現(xiàn)特征；顏色混合及格拉斯曼顏色混合理論課213概念；光線的光路計算理論課214軸上點的球差；正弦差和彗差；場曲和像散理論課215畸變；色差；相差特征曲線與分析；波像差理論課216眼睛及光學系統(tǒng)；放大鏡理論課217顯微鏡系統(tǒng)；望遠鏡系統(tǒng)理論課218目鏡；攝影系統(tǒng)；投影系統(tǒng)理論課219激光光學系統(tǒng)；傅里葉變換光學系統(tǒng)理論課220掃描光學系統(tǒng)；光纖光學系統(tǒng)理論課221瑞利判斷與波前圖理論課222中心點亮度與能量包容圖；分辨率與點擴散函數(shù)理論課223習題講解理論課224習題講解理論課2注：實驗課由實驗教師負責協(xié)調安排時間，原則上安排在課堂教學結束后、考試之前一周以上完成。六、課程考核與成績評定6.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學習過程考核和期末考試，其中課程過程考核占總成績的30%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)進行評定；期末考試成績占總成績的70%。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計過程考核（平時成績）課堂表現(xiàn)15%30%作業(yè)15%期末成績期末測試70%70%總計100%100%6.2考核內容及要求本課程為考試課?？己藘热菁胺种捣峙淙缦??？己朔绞娇己藘热莘种嫡n程目標總分值期末考試70%幾何光學基本定律與成像概念5～10目標1、2100分理想光學系統(tǒng)5～15目標1、2、3平面與平面系統(tǒng)5～10目標1、2光學系統(tǒng)中的光闌與光束限制10～15目標1、3像差理論10～15目標1、3光度學和色度學5～10目標1、2典型光學系統(tǒng)10～20目標2、3現(xiàn)代光學系統(tǒng)10～20目標2、3、4過程考核30%課堂表現(xiàn)課堂測試、出勤情況15目標1、2、3、415分課后作業(yè)作業(yè)完成情況15目標1、2、3、415分6.3成績評定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分15分，由課堂測試與課堂出勤情況評定。其中，課堂測試滿分10分，以客觀題（填空、選擇、判斷）為主，每學期隨堂測試15~20次，每次測試1~2道題目，每答錯一道題目扣0.5分（直到扣滿10分為止）；課堂出勤滿分5分，缺勤一次扣1分，遲到或請假扣0.5分。2.課后作業(yè)課后作業(yè)總分15分，由作業(yè)完成情況評定。每學期布置作業(yè)5次，每次作業(yè)占3分，評分標準如下；評分標準分值標準描述課后作業(yè)3能夠按時認真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認真、書寫清楚、分析計算正確。2能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度較好、書寫較清楚、分析計算基本正確1能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度一般、書寫不清楚、分析計算錯誤較多0不交作業(yè)或作業(yè)態(tài)度不認真、抄襲他人作業(yè)3.期末考試采用閉卷考試形式進行，期末成績?yōu)榘俜种?，計入總成績時乘以70%，由教務處安排考試流程，考試內容須覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標的授課內容，考試完成后在綜合教務系統(tǒng)中按照設定的占比系數(shù)錄入成績。七、課程評價與持續(xù)改進7.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設置達成情況目標值，采用成績分析法進行評價。課程達成評價根據(jù)測控技術與儀器專業(yè)課程達成評價方法進行計算，評價結果用于持續(xù)改進。物理系負責人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進措施，監(jiān)督持續(xù)改進過程。課程負責人負責撰寫課程考核總結報告，實施課程評價持續(xù)改進。7.2持續(xù)改進1）日常教學：根據(jù)學生學習情