《應用光學簡明教程》教學大綱課程信息課程名稱：應用光學簡明教程課程類別：素質(zhì)選修課/專業(yè)基礎課課程性質(zhì)：選修/必修計劃學時：64計劃學分：4先修課程：無選用教材：《應用光學簡明教程》，張以誤主編，2022年，電子工業(yè)出版社教材。適用專業(yè)：本課程可作為高等學校光電類相關專業(yè)的教材或教學參考課程，也可供從事光學設計和光學儀器設計工作的科技人員參考。課程負責人：二、課程簡介本課程將基礎性光學原理用于光學系統(tǒng)設計和像差平衡，定位于闡述光學設備的光學系統(tǒng)，總體設計原理與光學鏡頭設計基礎。本課程分為幾何光學、像差理論、典型光學系統(tǒng)和光學系統(tǒng)設計四個部分，各部分均反映了光學與光電子學的進展和光學系統(tǒng)設計的新發(fā)展。其中，幾何光學和像差理論詳細講述了光學系統(tǒng)設計基本理論：典型光學系統(tǒng)包括眼睛，顯微和望遠光學系統(tǒng)，攝影及投影光學系統(tǒng)，自由曲面及其在光學系統(tǒng)中的應用，以及特殊光學系統(tǒng)，包含了當前最新型的光學系統(tǒng)，例如全息術補償像差、3D打印光學系統(tǒng)、3D顯示光學系統(tǒng)、太赫茲光學系統(tǒng)、折衍混合光學系統(tǒng)、共形自由曲面光學系統(tǒng)、復眼仿生光學系統(tǒng)和自適應光學系統(tǒng)等：光學設計部分包括光學系統(tǒng)初始結構求解、像質(zhì)評價和像差平衡，并輔以光學設計實例。三、課程教學要求序號專業(yè)畢業(yè)要求課程教學要求關聯(lián)程度1工程知識1.掌握光學與光電子學的進展和光學系統(tǒng)設計的新發(fā)展。2.了解應用光學的應用領域和市場需求，為產(chǎn)品設計和開發(fā)提供指導。L2問題分析1.學會對應用光學中出現(xiàn)的問題進行分析和解決，包括硬件故障、軟件錯誤、網(wǎng)絡問題等。2.學會進行故障排除和維修和計算方法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理應用。H3設計/開發(fā)解決方案1.掌握光線的光路計算方法，能將光學原理應用到工作和生活領域中。2.學會進行系統(tǒng)測試和驗證，以確保系統(tǒng)的質(zhì)量和性能符合要求。H4研究L5使用現(xiàn)代工具M6工程與社會1.了解應用光學對社會的影響和作用，以及相關的法律法規(guī)和標準。2.學會將相應技術應用于實際生產(chǎn)和社會服務中，為社會做出貢獻。L7環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展L8職業(yè)規(guī)范L9個人和團隊1.學會個人發(fā)展和團隊合作，提高個人和團隊的綜合素質(zhì)。2.學會與他人合作和溝通，建立良好的人際關系和團隊合作氛圍。H10溝通1.學會進行有效的溝通和表達，與客戶、同事和上級保持良好的溝通和協(xié)作。2.學會進行跨文化溝通和合作，提高國際化視野和跨文化交流能力。M11項目管理1.學會進行項目管理和組織，包括項目計劃、進度控制、質(zhì)量管理等。2.學會進行風險評估和管理，提高項目成功的概率和效率。L12終身學習1.學會進行自我學習和自我提升，不斷提高自身的專業(yè)水平和創(chuàng)新能力。2.學會進行終身學習和職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，不斷拓展職業(yè)領域和發(fā)展空間。H注：“課程教學要求”欄中內(nèi)容為針對該課程適用專業(yè)的專業(yè)畢業(yè)要求與相關教學要求的具體描述?！瓣P聯(lián)程度”欄中字母表示二者關聯(lián)程度。關聯(lián)程度按高關聯(lián)、中關聯(lián)、低關聯(lián)三檔分別表示為“H”“M”或“L”。“課程教學要求”及“關聯(lián)程度”中的空白欄表示該課程與所對應的專業(yè)畢業(yè)要求條目不相關。四、課程教學內(nèi)容章節(jié)名稱主要內(nèi)容重難點關鍵詞學時類型1幾何光學的基本定律和成像的概念幾何光學的基本概念幾何光學的基本定律費馬原理及其應用馬呂斯定律成像的概念了解幾何光學的基本概念、基本定理；掌握費馬原理及其應用4理論2球面和共軸球面系統(tǒng)光線經(jīng)過單個折射球面的折射單個折射球面的成像倍率、拉赫不變量共軸球面系統(tǒng)球面反射鏡掌握光線經(jīng)過單個折射球面的折射和單個折射球面的成像倍率、拉赫不變量4理論3理想光學系統(tǒng)理想光學系統(tǒng)和共線成像理想光學系統(tǒng)的焦點與焦平面、主點與主平面、焦距、節(jié)點理想光學系統(tǒng)的物像關系理想光學系統(tǒng)的放大率多個光組的組合透鏡實際光學系統(tǒng)焦點位置和焦距的計算幾種典型系統(tǒng)的理想光學系統(tǒng)性質(zhì)掌握理想光學系統(tǒng)和共線成像、物像關系、放大率的基本原理4理論+實操4平面鏡和平面系統(tǒng)平面鏡成像雙平面鏡系統(tǒng)反射棱鏡折射棱鏡光楔光學材料掌握空平面鏡成像、雙平面鏡系統(tǒng)的概念和原理4理論5光學系統(tǒng)中的光闌光闌在光學系統(tǒng)中的作用光學系統(tǒng)的孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳視場光瞳漸暈光闌光學系統(tǒng)的景深遠心光路消雜光光闌掌握光闌在光學系統(tǒng)中的作用；掌握光學系統(tǒng)的景深計算方法4理論+實操6光能及其計算光通量發(fā)光強度照度和光出射度光亮度光通量和光亮度在光學系統(tǒng)中的傳遞、像面光照度光學系統(tǒng)中光能損失的計算掌握光通量和光亮度在光學系統(tǒng)中的傳遞、像面光照度和光學系統(tǒng)中光能損失的計算4理論+實操7顏色概述顏色的特征和分類色光混合與格拉斯曼定律顏色的匹配色度學基礎CIE標準色度學系統(tǒng)光源中國顏色體系掌握顏色的特征和分類；掌握CIE標準色度學系統(tǒng)4理論+實操8光線的光路計算概述子午面內(nèi)的光線光路計算軸外點細光束的光路計算空間光線的光路計算掌握子午面內(nèi)、軸外點細光束的光線光路計算方法4理論+實操9光學系統(tǒng)的像差軸上點球差彗差像散和像面彎曲畸變正弦差位置色差倍率色差像差的級數(shù)展開像差分布公式掌握像差的級數(shù)展開、像差分布公式的原理和方法4理論+實操10初級單色像差及初級色差初級單色像素的一般表示式五種初級像差具有初級像差的光束結構賽得和數(shù)的表示形式消像差譜線選擇初級色差薄透鏡系統(tǒng)的初級色差二級光譜掌握初級單色像素的一般表示式；掌握消像差譜線選擇方法4理論+實操11像差綜述、計算結果處理及波像差分析概述初級像差系數(shù)和光闌位置的關系光闌像差與物面像差的關系反射光學元件的初級像差一些典型折射光學元件的初級像差分析對稱式系統(tǒng)的像差特性光學系統(tǒng)像差特性曲線像差特性曲線的分析像差概述軸上點的波像差及其與球差的關系軸外點的波像差及其與垂軸像差的關系波像差的一般表示式參考點移動產(chǎn)生的波像差和焦深色差的波像差表示掌握初級像差系數(shù)和光闌位置的關系以及光闌像差與物面像差的關系4理論+實操12眼睛概述眼睛構造和標準跟眼睛的調(diào)節(jié)和聚散眼睛的適應眼睛的視角分辨率眼睛的缺陷與校正雙目立體視覺體視測距原理顏色視覺掌握眼睛的調(diào)節(jié)和聚散、適應、視角分辨率以及缺陷與校正4理論+實操13顯微和望遠光學系統(tǒng)放大鏡顯微鏡系統(tǒng)及其特性顯微鏡的分辨率和有效放大率顯微鏡物鏡顯微鏡的照明系統(tǒng)望遠系統(tǒng)望遠物鏡目鏡透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和場鏡望遠系統(tǒng)的外形尺寸計算掌握顯微鏡的分辨率和有效放大率；掌握望遠系統(tǒng)的外形尺寸計算4理論+實操14攝影及投影光學系統(tǒng)攝影系統(tǒng)的光學特性攝影鏡頭取景和測距系統(tǒng)感光膠片光電傳感器放映和投影鏡頭放映和投影系統(tǒng)的照明了解攝影系統(tǒng)的光學特性；掌握放映和投影系統(tǒng)的照明2理論+實操15非球面及其在光學系統(tǒng)中的應用概述非球面曲面方程二次圓錐曲面及其衍生高次項曲面施密特校正器的設計衍射光學元件及折衍混合光學系統(tǒng)了解施密特校正器的設計；掌握衍射光學元件及折衍混合光學系統(tǒng)的基本原理2理論+實操16以初級像差求取光學系統(tǒng)的初始結構光學系統(tǒng)的基本像差參量及其規(guī)化雙膠合透鏡組P∞，W∞和C1與結構參數(shù)的關系單薄透鏡的P∞，W∞和C1和結構用PW方法求解簡單物鏡的結構掌握雙膠合透鏡組P∞，W∞和C1與結構參數(shù)的關系2理論+實操17光學系統(tǒng)設計示例中倍平場顯微物鏡設計雙高斯型物鏡設計了解光學系統(tǒng)設計的案例2理論+實操18光學系統(tǒng)像質(zhì)評價及像差自動平衡光學系統(tǒng)設計像質(zhì)評價的概述瑞利判斷用于光學系統(tǒng)像質(zhì)評價中心點亮度分辨率點列圖邊界曲線光學傳遞函數(shù)像差自動平衡概述像差自動平衡評價函數(shù)阻尼最小二乘法光學自動設計原理光學設計軟件及流程像差自動平衡計算實例掌握光學系統(tǒng)設計像質(zhì)評價和像差自動平衡4理論+實操五、考核要求及成績評定序號成績類別考核方式考核要求權重（%）備注1期末成績期末考試大作業(yè)50百分制，60分為及格2平時成績實踐18次40優(yōu)、良、中、及格、不及格3平時表現(xiàn)出勤情況10兩次未參加課程則無法獲得學分注：此表中內(nèi)容為該課程的全部考核方式及其相關信息。六、學生學習建議學習方法建議1.依據(jù)專業(yè)教學標準，結合崗位技能職業(yè)標準，通過案例展開學習，將每個項目分成多個任務，系統(tǒng)化地學習。2.通過每個項目最后搭配的習題，鞏固知識點。3.了解行業(yè)企業(yè)技術標準，注重學習新技術、新工藝和新方法，根據(jù)教材中穿插設置的智能終端產(chǎn)品應用相關實例，對已有技術持續(xù)進行更新。4.通過開展課堂討論、實踐活動，增強的團隊協(xié)作能力，學會如何與他人合作、溝通、協(xié)調(diào)等等。學生課外閱讀參考資料《應用光學簡明教程》，張以誤主編，2022年，電子工業(yè)出版社教材。七、課程改革與建設（1）本課程強調(diào)了在光學中的應用技術：使基礎性光學原理用于光學系統(tǒng)設計，定位于闡述光學儀器和設備的原理、光學系