2022年光信息光学设计与CAD教案.pdf

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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： 20XX 年 9 月 8 日第 1 周至第12 周周学时： _2_ 授课年级、专业、班级：20XX 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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -

2、 - -第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 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，

3、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.2012 ；. 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

4、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 二、课时教案周次1 授课时间20XX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

5、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

6、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20XX年 9 月 16 日第 12 节精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 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

7、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；教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次3 授课时间20

8、XX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（ distortion）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

9、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。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次4 授课时间20XX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（ Seid

10、al ）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。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次5 授课时间20XX年 9 月 30 日第 12 节章节名称第二章：像

11、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12,。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；. 教学后记精品资料 - - - 欢迎下载

12、 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次6 授课时间20XX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

13、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 教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次7 授课时间20XX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 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、

14、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 教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次8 授课时间20XX年 10 月 21 日第 12 节章节名称第 3 章：波像差、光学

15、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、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。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -

16、 - - - -第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次9 授课时间20XX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

17、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。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次10 授课时间20XX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式多媒体教学目的掌

18、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。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页

19、，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次11 授课时间20XX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， 4.3 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

20、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=0.012 2、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

21、有限公司。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - - 周次12 授课时间20XX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、光线经过平面时的光路计算。授课方式多媒体教学目的掌握光线光路计算过程、近轴光线的光路计算理解折射平面和反射平面的光路计算了解光线经过平面时的光路计算教学方法讲授法教学内容1 光线光路计算过程2 近轴光线的光路计算3 远轴光线的光路计算4 折射平面和反射平面的光路计算5 光线经过平面时的光路计算教学重点难点重点：近轴光线的光路计算难点：远轴光线的光路计算课堂讨论练习或作业1 利用 MATLAB 实现光线的追迹。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。教学后记精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - - -