《光學(xué)系統(tǒng)CAD》教學(xué)大綱

《光學(xué)系統(tǒng)CAD》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06140721課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：物理光學(xué)、大學(xué)物理、光電信息技術(shù)導(dǎo)論后續(xù)課程：激光原理與技術(shù)、數(shù)字圖像處理適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《光學(xué)系統(tǒng)CAD》是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程主要傳授幾何光學(xué)、像差和光學(xué)設(shè)計(jì)方面的理論與方法，具體內(nèi)容包括幾何光學(xué)的基本概念和基本定律、球面和球面系統(tǒng)、平面和平面系統(tǒng)、理想光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)中光束的限制、幾何像差、波像差、光線追跡、光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)和光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)光學(xué)和光學(xué)設(shè)計(jì)的一般原理、初始設(shè)計(jì)和優(yōu)化、光路計(jì)算等有清晰的理解和掌握。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理，能夠合理地選擇光學(xué)系統(tǒng)類型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)等，具備初步的光學(xué)設(shè)計(jì)能力。課程目標(biāo)2：能正確運(yùn)用幾何光學(xué)、像差理論、光學(xué)設(shè)計(jì)原理等知識(shí)分析工程需求，了解光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響因素，并能夠設(shè)計(jì)或改進(jìn)系統(tǒng)和元件，具備解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、創(chuàng)新能力。課程目標(biāo)3：理解波像差，球差，光學(xué)畸變等有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策；控制設(shè)計(jì)質(zhì)量使產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)政策；提高家國情懷、使命感和責(zé)任感，為中華民族的的偉大復(fù)興而奮斗。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《光學(xué)系統(tǒng)CAD》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)光學(xué)信息科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度4.研究4.3能夠分析和解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)1：掌握光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理，能夠合理地選擇光學(xué)系統(tǒng)類型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)等，具備初步的光學(xué)設(shè)計(jì)能力。M5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠解決光電信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問題并理解其局限性。課程目標(biāo)2：能正確運(yùn)用幾何光學(xué)、像差理論、光學(xué)設(shè)計(jì)原理等知識(shí)分析工程需求，了解光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響因素，并能夠設(shè)計(jì)或改進(jìn)系統(tǒng)和元件，具備解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、創(chuàng)新能力。H6.工程與社會(huì)6.1了解光電信息領(lǐng)域工程相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策、法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。課程目標(biāo)3：理解波像差，球差，光學(xué)畸變等有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、行業(yè)政策；控制設(shè)計(jì)質(zhì)量使產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)政策；提高家國情懷、使命感和責(zé)任感，為中華民族的的偉大復(fù)興而奮斗。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1. 幾何光學(xué)1.1幾何光學(xué)的基本概念和基本定律1.2球面和球面系統(tǒng)1.3平面和平面系統(tǒng)1.4理想光學(xué)系統(tǒng)1.5光學(xué)系統(tǒng)中的光束限制教學(xué)要求：掌握高斯光學(xué)的基本內(nèi)容以及光束限制與光能計(jì)算、光線的光路計(jì)算等。重點(diǎn):高斯光學(xué)的基本內(nèi)容。難點(diǎn):光線的光路計(jì)算。1521、22.像差理論2.1幾何像差2.2初級(jí)像差及其特征2.3像差綜述2.4波像差2.5光線追跡教學(xué)要求：了解像差的基本分類和原理，熟悉像差的計(jì)算方法。掌握波像差的基本概念，掌握光學(xué)系統(tǒng)像差容限，理解光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)。重點(diǎn):球差、軸外像差、色差。難點(diǎn):球差、軸外像差、色差。1521、33.光學(xué)設(shè)計(jì)3.1典型光學(xué)系統(tǒng)3.2光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)3.4光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)要求：掌握經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)原理、光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、像質(zhì)評(píng)價(jià)和光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，光學(xué)系統(tǒng)工程圖紙畫法等。重點(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。1041、2合計(jì)402.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.用戶界面簡(jiǎn)要說明及操作要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：CAD軟件的基本認(rèn)識(shí)和操作。實(shí)驗(yàn)要求：了解光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的特點(diǎn)、用戶界面的相關(guān)功能和操作要點(diǎn)。222.典型光學(xué)系統(tǒng)的輸入實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：典型光學(xué)系統(tǒng)——望遠(yuǎn)物鏡、照相物鏡、顯微物鏡、折返式系統(tǒng)的輸入。實(shí)驗(yàn)要求：掌握典型光學(xué)系統(tǒng)的基本組成，分析不同光學(xué)系統(tǒng)的輸入特點(diǎn)。213.像質(zhì)評(píng)價(jià)方法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：像質(zhì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容和方法。實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)會(huì)利用幾何像差分析、點(diǎn)列圖分析、波像差、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)等對(duì)像質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。224.消色差雙膠合望遠(yuǎn)鏡物鏡設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：消色差雙膠合物鏡的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)要求：掌握特定光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。23合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解光學(xué)系統(tǒng)CAD的基本方法與設(shè)計(jì)原理，在掌握光學(xué)和光學(xué)設(shè)計(jì)的一般原理的基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行初始設(shè)計(jì)和優(yōu)化、光學(xué)的光路計(jì)算的初步能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生基本技能。實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重講授如何利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX來完成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；如何選定初始參數(shù)、處理數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和改進(jìn)設(shè)計(jì)；介紹常用的像質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法以及邊界條件設(shè)置。采用教師演示和學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的方法，在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過程中及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和結(jié)果的記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后獨(dú)立、認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：李曉彤岑兆豐編著.《幾何光學(xué).像差.光學(xué)設(shè)計(jì)》（第4版）[M].杭州:浙江大學(xué)出版社.20202.參考書：（1）李林.《計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)的理論與應(yīng)用》[M].北京:國防工業(yè)出版社.2014（2）丁馳竹趙鑫鄭丹.《光學(xué)零件CAD與加工工藝》[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2013（3）吉紫娟.《ZEMAX光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程》[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社.20183.期刊：（1）光學(xué)學(xué)報(bào)（ActaOpticaSinica）.中科院上海光機(jī)所，中國光學(xué)學(xué)會(huì)（2）中國激光（ChineseJournalofLasers）.中科院上海光機(jī)所，中國光學(xué)學(xué)會(huì)（3）光電子·激光.天津理工大學(xué)，中國光學(xué)學(xué)會(huì)，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部（4）光電工程.中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所，中國光學(xué)學(xué)會(huì)（5）OpticsLetters.美國光學(xué)學(xué)會(huì)4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工藝，/course/BIT-1003361022?%20appId=null&outVendor=zw_mooc_pcsslx_（2）現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)方法，/learn/bitP0855KC006415/bitP0855KC006415/12427962七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?44實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√363作業(yè)16（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?64期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核幾何光學(xué)、像差理論、初級(jí)像差及其特征、波像差、光線追跡、典型光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)、光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題和分析計(jì)算題等?！獭獭?52510合計(jì)：100分384121八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末試卷成績(jī)和過程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），類型為填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算分析題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動(dòng)。作業(yè)40作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%。不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%。不交作業(yè)5次以上，準(zhǔn)確率小于60%。實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程