1、_ _學院課程教案課程名稱：_光學設計與CAD_課程編碼：_x050032_總學時實驗學時： 40 / 16 開課時間：2016年 9 月 8 日第 1 周至第 12 周 周學時：_2_授課年級、專業、班級：2014級_ _使用教材：_幾何光學.像差.光學設計_授課教師：_ _ _一、課程總覽課程教學目的通過本課程的學習，撐握光學系統的像差基本理論、像質評價的基本方法、像質評價的幾種方法，能利用ZEMAX軟件進行光學設計并能實現系統的優化。課程教學要求要撐握光學系統的像差理論，光學系統成像的七種基本像差，并懂得如何來消除像差；能熟練使用ZEMAX軟件，懂得如何利用ZEMAX設計光學系統；能利用

2、三種優化方法來優化光學系統；能利用像差圖像來分析光學系統的成像質量；懂得如何獲取光學系統的初始結構。課程教學方法能使用ppt進行多媒體教學；課堂上能理論講解與現場實驗相結合。學生創新精神和實踐能力培養方法本課程理論性與實踐性相結合，這就要求學生在撐握光學設計基本理論的基礎上來從實踐上設計光學系統。在教學的過程中，采用了理論與實踐相結合，理論課與實驗課交叉進行，通過理論學習來指導實驗，同時，通過實驗來鞏固所學理論以及發現問題。考核方式 閉卷 平時（20%）+實驗及實驗報告（30%）+考試（50%） 教學參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；光學設計 劉鈞、高明 國防工業出版社.20

3、12；.ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；.光學儀器設計手冊（上冊） 光學儀器設計手冊編輯組，國防工業出版社， 1971。對教案的分析總結 本課程理論性與實踐性相結合，這就要求學生在撐握光學設計基本理論的基礎上來從實踐上設計光學系統。在教學的過程中，采用了理論與實踐相結合，理論課與實驗課交叉進行，通過理論學習來指導實驗，同時，通過實驗來鞏固所學理論以及發現問題。綜合考試的成績和平時學生的反映，我們覺得教案在以下方面還需要改進：1、理論與實踐要更緊密的結合，在課堂上需要增加運用ZEMAX來進行光學設計；2、在不影響課本內容系統性的前提下，多引入課外知識以便更好的激發學生的學習興趣。二、

4、課時教案周 次1授課時間2016年 9 月 9 日第 12 節章節名稱第1章 緒論、第2章 像差理論§2.1軸上點球差。授課方式多媒體教學目的了解光學設計的發展概況掌握球差的基本概念、初級球差與高級球差理解單個折射球面的球差和球差分布、初級球差，第一賽得和數了解薄透鏡和薄透鏡系統的初級球差、平行平板的球差教學方法講授法教學內容第1章 緒論1.1光學設計的發展概況1.2光學設計的具體過程和步驟1.3儀器對光學系統性能與質量的要求第2章 像差理論1、初級球差與高級球差2、單個折射球面的球差和球差分布3、薄透鏡和薄透鏡系統的初級球差4、初級球差，第一賽得和數，平行平板的球差教學重點難點光組

5、的設計為本課時的難點課堂討論練習或作業1簡述光學設計的基本過程參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；光學設計 劉鈞、高明 國防工業出版社.2012；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司。教學后記周 次2授課時間2016年 9 月 16 日第 12 節章節名稱第二章：像差理論，2.2 軸外像差授課方式多媒體教學目的掌握彗差(coma)的概念、彗差的計算與曲線理解平行平板的球差了解高級彗差教學方法講授法教學內容1預備知識2軸外像差概述3彗差(coma)4彗差的計算與曲線教學重點難點光組的設計為本課時的難點課堂討論練習或作業1.一個光學系統，知其只包含初級和二級球差，更高級的球差

6、很小可忽略不計。 已知該系統的邊光球差0，0.707帶光球差0.015，求(1)表示出此系統的球差隨相對高度的展開式，并計算0.5和0.85帶光球差；(2)邊緣光的初級球差和高 級球差；(3)最大剩余球差出現在哪一高度帶上，數值多少？參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007； 教學后記周 次3授課時間2016年 9 月 23日第 12 節章節名稱第二章：像差理論： 2.3像散與像面彎曲、匹茲凡面彎曲，2.4畸變授課方式多媒體教學目的掌握：像散和像面彎曲、畸變的基本概念理解：像散和像面彎曲、畸變的度量與曲線。教學方法講授法教學內容1像散的產生與現象2像散與場曲的計算3畸變（distor

7、tion）4畸變產生與現象5 畸變的度量與曲線教學重點難點重點與難點：像散和像面彎曲、畸變的度量及其曲線。課堂討論練習或作業1.一雙分離薄透鏡系統，其主光線與高斯像面交點的高度為9.82mm，相對畸變值為4.5%，試求理想像高。參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；.光學儀器設計手冊（上冊） 光學儀器設計手冊編輯組，國防工業出版社， 1971。教學后記周 次4授課時間2016年 9 月 23日第 12 節章節名稱第二章：像差理論： §2.2軸外像差： 6初級軸外像差、7匹茲凡面彎曲、8單色幾何像差小結。授課方式多媒體教學目的掌

8、握：匹茲凡面彎曲理解：初級（Seidal）軸外像差。教學方法講授法教學內容1初級（Seidal）軸外像差2匹茲凡面彎曲3單色幾何像差小結教學重點難點重點與難點：匹茲凡面彎曲。課堂討論練習或作業1.討論匹茲凡面彎曲對成像的影響參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；.光學儀器設計手冊（上冊） 光學儀器設計手冊編輯組，國防工業出版社， 1971。教學后記周 次5授課時間2016年 9 月 30 日第 12 節章節名稱第二章：像差理論：2.5 色差授課方式多媒體教學目的撐握：位置色差、倍率色差的基本概念、位置色差的度量與位置色差曲線；理解：薄透

9、鏡與薄系統的初級色差；了解：二級光譜、平行平板的初級球差與初級色差。教學方法講授與實踐相結合教學內容1位置色差2 位置色差的度量與位置色差曲線3倍率色差4初級位置色差與初級倍率色差 5初級球差，第一賽得和數 教學重點難點重點難點：色差的度量以及色差曲線課堂討論練習或作業1.密接雙薄透鏡系統，已知總光焦度為，兩透鏡的阿貝數分別為 。若要消位置色差，試確定兩透鏡的光焦度分配。參考資料光學設計 劉鈞、高明 國防工業出版社.2012；. 教學后記周 次6授課時間2016年 10 月 7 日第 12 節章節名稱第3章 波像差、光學系統像差容限與像質評價：3.1 波像差 授課方式多媒體教學目的掌握：波像差

10、的定義、瑞利判據；理解：軸上點的波像差及其與球差的關系；了解：小像差系統、大像差系統。教學方法講授與實踐相結合教學內容1波像差的定義2軸上點的波像差及其與球差的關系教學重點難點重點難點：波像差的定義，軸上點的波像差及其與球差的關系課堂討論練習或作業1.簡述波像差以及利用波像差來判斷成像質量。參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007 教學后記周 次7授課時間2016年 10 月 14 日第 12 節章節名稱第3章 波像差、光學系統像差容限與像質評價：3.1 波像差 3.2光學系統像差容限授課方式多媒體教學目的理解：色差的波像差；了解：光學系統像差容限。教學方法講授與實踐相結合教學內容1

11、軸外點的波像差及其與垂軸像差的關系 2參考點移動產生的波像差、焦深（depth of focus） 3 色差的波像差表示 4光學系統像差容限5小像差系統（如目視光學儀器）瑞利判據： 6大像差系統（如攝影物鏡）應校正全部 像差 教學重點難點重點難點：色差的波像差課堂討論練習或作業1.分別列舉5種小像差系統與大像差系統參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007 教學后記周 次8授課時間2016年 10 月 21 日第 12 節章節名稱第3章：波像差、光學系統像差容限與像質評價3.3光學系統質量評價簡介授課方式多媒體教學目的重點掌握：扇形圖、光程差圖、點列圖、光學傳遞函數撐握： 斯特列爾判斷

12、、瑞利判斷、分辨率了解：像差容限。教學方法講授與實踐相結合教學內容1像差容限2扇形圖3光程差圖 4點列圖5光學傳遞函數教學重點難點重點難點：光學傳遞函數課堂討論練習或作業1.論述像質評價的幾種方法。參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；光學儀器設計手冊（上冊） 光學儀器設計手冊編輯組，國防工業出版社， 1971。教學后記周 次9授課時間2016年 10 月 28 日第 12 節章節名稱第4章 光學系統的初始設計: 6.1 PW形式的初級像差系數,6.2薄透鏡系統的基本像差參量 授課方式多媒體教學目的掌握：PW形式的初級像差系數，薄透鏡系統的基本像差參量； 理解：雙膠合薄透鏡組的基

13、本像差參量與結構參數的關系；教學方法講授與實踐相結合教學內容1PW的定義及PW形式的初級像差系數 2薄透鏡系統初級像差的PW表示式 3薄透鏡系統的基本像差參量 教學重點難點重點難點：薄透鏡系統的基本像差參量。課堂討論練習或作業1.簡述用PW法求雙膠合透鏡的初始結構（即總結一下如何運用PW法求雙膠合透鏡初始結構）參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司。 教學后記周 次10授課時間2016年 11 月 4 日第 12 節章節名稱第4章 光學系統的初始設計: 3雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結構參數的關系 4用PW方法求解初始結構參數實例授課方

14、式多媒體教學目的掌握：雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結構參數的關系； 理解：利用PW方法求解初始結構參數教學方法講授與實踐相結合教學內容1雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結構參數的關系2用PW方法求解初始結構參數實例教學重點難點重點難點：雙膠合薄透鏡組的基本像差參量與結構參數的關系課堂討論練習或作業1簡述光學設計的基本過程參考資料ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司；光學儀器設計手冊（上冊） 光學儀器設計手冊編輯組，國防工業出版社， 1971。教學后記周 次11授課時間2016年 11 月 11 日第 12 節章節名稱第四章 光學系統的優化：4.1光學系統的優化簡介，4.2 優化四步驟，4

15、.3 變量的選擇，4.4 默認評價函數的建立 ，4.5 優化操作數。 授課方式多媒體教學目的重點掌握：變量的選擇、默認評價函數的建立、評價函數的修改、優化操作數；理解：阻尼最小二乘法光學自動設計原理；了解：初始結構的確定。教學方法講授與實踐相結合教學內容1光學系統的優化簡介2優化四步驟3變量的選擇4默認評價函數的建立 5優化操作數 教學重點難點重點：優化四步驟、變量的選擇難點：阻尼最小二乘法光學自動設計原理課堂討論練習或作業1.設計一個焦距為100mm的單透鏡1、單透鏡的初始結構：（半徑的計算） R d 材料 103.36 4 BK7 -103.36 D=20 ; =0.587m ; =0 輸入程序后，見07研數據單雙透鏡1-0 此時20線對/毫米MTF=0.0122、設置變量，建立默認評價函數，增加操作數EFFL、SPHA見07研數據單雙透鏡1-2。3、執行優化后見 單雙透鏡1-1。此時20線對/毫米MTF=0.325改進：結構復雜化雙透鏡參考資料應用光學 張以謨 機械工業出版社 2007；.ZEMAX中文使用手冊訊技光電科技有限公司。教學后記周 次12授課時間2016年 11 月 18 日第 12 節章節名稱第6章 光線的光路計算：計算舉例、光線經過