扬大工程光学课程设计20140412
《工程光学》课程实验教学大纲.doc
北方民族大学教学进度计划表名称总时数讲课实验上机习题课程设计周学时考试/考查机动计划时数6454104考试2本课程教学目的与要求：木课程讲述工程光学的基础理论和实践中常用的光学系统。
学生应掌握光的电磁理论的基础知识和光学系统的集合系统的分析和计算。
掌握实验的基本技能和基本使用和操作技能。
必读书籍和参考书籍：一、教材：自编的《工程光学》实验指导书二、参考书：1石顺祥等著.物理光学与应用光学.西安：西安电子科技大学出版社,20002梁栓廷著.物理光学.北京：机械工业出版社,19873郁道银等著.工程光学.北京：机械工业出版社版,2007所需教学设备：多媒体任课教师签名：____________________系（教研室）主任签名：____________主管教学院长（主任）签名：_______________ 院（部）签~^7T.早2012年1月8日教务处制《工程光学》课程实验教学大纲课程编号：01100260课程名称：工程光学课程类型：专业必修课（测控技术与仪器）课程属性：课内实验课程总学时：64 （测控技术与仪器专业）课程总学分：4.0 （测控技术与仪器专业）实验学时：10 （测控技术与仪器专业）实验学分：0.5开设学期：第6学期（测控技术与仪器专业）适用专业：测控技术与仪器一、实验教学目标与基本要求通过本课程的实验，使学生能够掌握工程光学的基本理论知识和所涉及的装置仪器的使用、测试技能，使学生在将来的科研实践中，具有解决光学理论及分析问题的能力及分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。
掌握实验的基本原理，了解所涉及的常用装置、仪器的正确使用方法。
使学生能正确进行相应的仪器操作和使用、准确判断实验现象和结果的合理性，同时具有处理测量数据的能力。
二、本实验课程的基本理论与实验技术知识本实验课程是《工程光学》理论课程的配套课程，需要学生利用理论课涉及的几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光束限制、典型光学系统、光的干涉、衍射及、偏振等知识完成相关的实验项目。
工程光学课程设计
工程光学课程设计设计名称：工程光学课程设计院系名称：电气与信息工程学院专业班级：测控11-1班学生姓名：学号：指导教师：李静李艳苹黑龙江工程学院教务处制20 13 年12 月工程光学课程设计评分表注：最后成绩的评定以优（90-100）、良（80-89）、中（70-79）、及格（60-69）和不及格（少于60分）五级给出。
第1章物镜设计方案1.1总体设计方案25×显微镜物镜属于中倍显微物镜，通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×之间，数值孔径NA为0.2至0.6之间。
由于显微物镜倍率较高，相距远大于物距，显微物镜的设计通常采用逆光路方式，即把像方的量当做物方的量来处理。
里斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分配的原则通常是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者是后组的偏角略大于前组。
里斯特物镜的光阑通常放在第一个双胶合透镜上。
当两个双胶合透镜相互补消球差和慧差时，两个双胶合透镜的间隔大致和物镜的总焦距相等。
第一个双胶合的焦距约为物镜焦距的二倍。
第二个双胶合的焦距大致和物镜的总焦距相等。
物镜的像差校正方式采取两个双胶合透镜各自单独校正球差、慧差和色差，这种方案的有点是：二个双胶合透镜组合在一起则为一个中倍物镜，移去一个双胶合透镜后可用作低倍显微物镜使用。
其总设计图如图1.1所示：图1.1 25×显微镜物镜设计方案图第2章物镜设计参数及镜片选择2.1物镜的数值孔径：物镜的数值孔径表征物镜的聚光能力，是物镜的重要性质之一，增强物镜的聚光能力可提高物镜的鉴别率。
数值孔径通常以符号“N.A.”表示（即Numerical Aperture）。
根据理论的推导得出：N.A.=n.sinu式中n──物镜与观察之间介质的折射率；u──物镜的孔径半角因此，有两个提高数字孔径的途径：（a）增大透镜的直径或减少物镜的焦距，以增大孔径半角u。
此法因导致象差增大及制造困难，实际上sinu的最大值只能达到0.95（b）增加物镜与观察之间的折射率n。
工程光学课程设计zemax
工程光学课程设计 zemax一、教学目标本课程的目标是让学生掌握工程光学的基本原理和应用技能，能够使用Zemax等光学设计软件进行简单的光学系统设计和分析。
知识目标包括了解光的传播、反射、折射等基本特性，掌握透镜、镜片等光学元件的设计和计算方法；技能目标包括能够运用Zemax进行光学系统的设计和仿真，分析光学系统的性能和优化方法；情感态度价值观目标包括培养学生的创新意识、团队合作能力和解决问题的能力。
二、教学内容教学内容主要包括光的传播、反射、折射等基本特性，透镜、镜片等光学元件的设计和计算方法，以及Zemax等光学设计软件的使用技巧。
具体的教学大纲如下：1.光的传播和反射：介绍光的基本特性，包括光的传播速度、传播方向等，以及光的反射定律和反射镜的设计方法。
2.光的折射和透镜：介绍光的折射定律和透镜的分类，包括凸透镜、凹透镜等，以及透镜的设计和计算方法。
3.光学系统设计：介绍光学系统的基本构成和设计方法，包括透镜组的设计、光学系统的性能分析等。
4.Zemax使用技巧：介绍Zemax的基本操作和功能，包括光学系统的建立、参数设置、仿真分析和优化方法。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：通过讲解光的传播、反射、折射等基本原理和透镜、镜片等光学元件的设计方法，使学生掌握基本概念和理论知识。
2.案例分析法：通过分析实际的光学系统设计案例，使学生能够将理论知识应用到实际问题中，培养学生的实际操作能力。
3.实验法：通过实验室的实践操作，使学生能够亲手搭建光学系统，观察光学现象，加深对光学原理的理解和掌握。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备以下教学资源：1.教材：《工程光学》教材，用于学生学习和复习基本理论知识。
2.参考书：《光学设计手册》等参考书籍，供学生深入学习和参考。
3.多媒体资料：制作相关的教学PPT和视频资料，用于课堂讲解和复习。
工程光学教案
附件四
教学过程
展开前面我们学过，平行于光轴的光线，经系统后必
经过像方焦点；对于多个光组组合而成的系统而言，这点仍然满足；
也就是说，用一条投射高度为h1的平行于光轴的入射光线照射第一
个光组，经过个光组组成的系统后，其出射光线与光轴的交点就是该
系统的像方焦点，如图所示。
延长入射光
线与出射光线，使其相交于一点。
过该点作与光轴垂直的平面，这个
平面就是系统的像方主平面。
像方主平面与光轴的交点就是系统的像
方主点。
从像方主点到像方焦点的距离就是该系统的像方焦距。
图组合系统的焦距
…一.—...，一.h
从图中可以得出，f=一r，h为入射光线在
tan U1
k
第一个光组主面上的投射高度，U'是指光线经过个光组k
后的出射光线与光轴的夹角，f'就是这个组合系统的
像方焦距。
从公式来看，要求f'，就需要知道h和tan U
1k
的比值。
具体过程就是给定一个h1，找出与其对应的
tan U'，从而得到f。
k
对于任意一个单独的光组来讲，都满足高斯公式。
等式两边同时
乘上光线在该光组主面上的投射高度，以第z个光组为例，就有如下
公式：。
工程光学教案
教案院系：电子与信息工程学院专业：生物医学工程教师：唐春晓绪论，说在教学之前的话一、学习通论⑴大学是做什么的？孔子云“吾十有五而志于学，三十而立，四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩。
”这段话表明了孔子在每个人生阶段的生活状态，也被我们认为是一个人在各阶段较为理想的一种状态。
对于我国学生而言，一般在大学以前，学校中所有的学习内容都是国家教育部规定的，是国家要你学的，学生自身没有选择性。
学生们第一次可以根据自己的意愿选择学习内容就是高考报志愿，是学生自己志于学，大学生普遍十八岁，与十五相差不多。
三十而立指：三十岁的人应该能依靠自己的本领独立承担自己应承受的责任，并已确立自己的人生目标和发展方向；简单说：靠自己的本事在社会上生存；再简单说：独立。
要在社会上生存，做重要的是钱，吃穿住行无不用钱，挣钱的最佳方法就是工作。
你毕业后能做什么样的工作，挣多少钱，过什么样的日子，与你大学中的学习情况息息相关。
高中大家学的都一样，最后有人做会计，有人做工程师，有人做医生，区别何来？--大学中学了什么。
故而大学生在大学中的主要工作是：明确要实现自己的理想自身还缺乏那些知识，并根据这一认知有计划有目标的充实自身补充不足，为自身将来的社会生活打下基础。
⑵学习规划方法：⑶学习知识的一般过程：接收→理解→应用，这三个层次是逐步递进的，通常而言上课听讲是接收知识兼具初步理解、真正的理解知识却需要学生课后结合课上所学和教材甚至其它参考资料进行，应用则是需要学生做一些习题。
⑷科学研究与认识方法：发现某一有趣现象→重复该现象分析所有的影响因素→总结各因素对现象的影响规律写成定律→根据定律控制现象使其按照我们的意愿发生→实际应用，造福人类。
我们课程讲解知识点时也会按照这个规律进行。
二、本课程的主要内容介绍本课程主要讲解光学方面的知识，包括光的本质、运行规律、应用中的光学原理等等。
很多物体在宏观和微观角度会体现出不同的特性，以水为例，宏观的水主要表现为流动性，微观的水表现更多的是表面张力。
光学工程本科课程设计
光学工程本科课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握光学工程的基本原理、方法和应用，培养学生具备一定的实验技能和工程实践能力，提高学生的科学素养和创新能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够掌握光学工程的基本概念、原理和常用技术，了解光学工程的发展趋势和应用领域。
2.技能目标：学生能够熟练运用光学工程的基本原理和方法解决问题，具备一定的实验操作能力和数据分析能力。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识光学工程在现代科技中的重要地位，培养对光学工程的兴趣和热情，树立正确的科学观和创新意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学工程的基本原理、常用技术和应用。
具体安排如下：1.教材章节：第1章光学工程导论；第2章光学基本原理；第3章光学元件与系统；第4章光学测量与实验；第5章光学工程应用。
2.教学内容：光学工程的基本概念、发展历程和趋势；光线的传播、反射、折射等基本原理；光学元件的类型、功能和设计方法；光学系统的组成、性能和评价；光学测量方法和技术；光学工程在各个领域的应用案例。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
具体方法如下：1.讲授法：教师通过讲解、阐述、分析等方式，引导学生掌握光学工程的基本原理和知识。
2.讨论法：教师学生针对光学工程的重点、难点问题进行讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。
3.案例分析法：教师通过分析光学工程实际案例，让学生了解光学工程在实际应用中的方法和技巧。
4.实验法：学生动手进行光学实验，巩固理论知识，提高实验操作能力和实践能力。
四、教学资源为了保证教学质量，本课程将充分利用校内外教学资源。
具体资源如下：1.教材：选用国内权威出版社出版的光学工程教材，确保知识的科学性和系统性。
2.参考书：提供相关领域的经典著作和最新研究成果，丰富学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，运用视频、图片等直观展示光学工程的原理和应用。
光学课程设计范文
光学课程设计范文一、教学目标本章节的教学目标旨在让学生掌握光学的基本概念、原理和现象，提高他们的科学素养和观察能力。
具体包括：1.知识目标：学生能够理解光的传播、反射、折射、干涉、衍射等基本现象，掌握光学的基本定律和公式。
2.技能目标：学生能够运用光学知识解决实际问题，提高观察和实验能力，学会使用光学仪器和设备。
3.情感态度价值观目标：学生对光学产生浓厚兴趣，培养科学探究的精神，认识光学在生活和科技中的重要性。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括光的传播、反射、折射、干涉、衍射等基本现象和光学定律。
具体安排如下：1.光的传播：介绍光的传播途径、速度和介质对光传播的影响。
2.反射和折射：讲解反射定律、折射定律，探讨反射和折射现象的原理和应用。
3.干涉：讲解双缝干涉、单缝衍射等干涉现象，分析干涉条件的满足。
4.衍射：介绍衍射现象的产生条件和衍射规律，探讨衍射在生活和科技中的应用。
5.光学仪器和设备：介绍常见的光学仪器和设备，如显微镜、望远镜、照相机等，分析其工作原理和应用。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本章节将采用多种教学方法：1.讲授法：讲解光学基本概念、原理和定律，引导学生理解和掌握。
2.讨论法：学生探讨光学现象和问题，培养学生的思考和分析能力。
3.案例分析法：分析生活中的光学现象，让学生感受光学在实际应用中的重要性。
4.实验法：进行光学实验，让学生亲手操作，观察和记录实验现象，提高学生的观察和实验能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学教材，为学生提供系统、科学的学习材料。
2.参考书：提供相关光学领域的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作光学现象和实验操作的多媒体课件，增强课堂教学的趣味性和直观性。
4.实验设备：准备光学实验所需的仪器和设备，确保学生能够顺利进行实验操作。
五、教学评估本章节的教学评估将采用多种方式，以全面、客观地评估学生的学习成果。
工程光学设计 第2章 第二讲
B
垂轴色差 yF C yZF yZC
垂轴色差
A
C
D
y Z C
F yZF yZD
B
垂轴色差
yF C yZF yZC
❖ 3 二级光谱
d(sini sin m ) m
第二章 像差理论
2.3 薄透镜的初级像差理 论
2.3 薄透镜的初级像差理论
一. 薄透镜的初级像差普遍公式
球差和数 S hni(i u)(i i)
四 畸变
无畸变
正畸变
负畸变
负畸变
（a） 光阑位于透镜之前产生负畸变
正畸变
（a） 光阑位于透镜之后产生正畸变
❖ 线畸
yz yz y
q yz 100 %
y
五 色差
1 轴向色差
O1 O2
1 23
兰（F） 绿（D） 红（C）
l
′
F
AF′
AC′
-△l
′
FC
l
′
C
2 垂轴色差
A
F
D
C yZ C yZD yZF
四 反射光学系统和平面光学系统的像 差理论
❖ 1 平面反射镜像差
- i′ -i
-u
u′
2 加工或装配误差产生像差
仪器的主光轴
五 球面反射镜的像差
像点
球心
u=0
-i
- i′ - u′
h
r
光阑在反射镜球心
l
lp
球心
阑
光阑在反射镜顶点
l 球心 ip
lp 阑
六 棱镜或平面平行板的像差
光阑
- i1
正透镜
A
A0′ A′
负透镜
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工程光学课程设计
班级
学号
姓名
一、目的
了解光学系统外形尺寸计算在光学系统设计中的作用，学习和掌握外形尺寸计算的内容和一般方法。
根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。
光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。
外形尺寸计算基本要求：
第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置；
第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局；
第三，成像质量、视场、孔径的权重。
二、要求
对题中所涉及的光学系统
⑴按照工作原理正确作出光路图并能正确描述；
⑵完整叙述及列举计算的过程，步骤要详细不能省略中间中程；
⑶完成设计报告
三、内容
（一）只包括物镜和目镜的望远系统
计算一个镜筒长L=f1′+f2′=200+（学号最后两位）mm，放大率Γ= -24+（学号最后一位），视场角2ω=1°40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。
1、求物镜和目镜的焦距；
图1只包括物镜和目镜的望远系统结构图
2、求物镜的通光孔径D1。
可根据望远系统的有效放大率求出D1。
3、求出瞳直径D1’；
4、视场光阑的直径D3；
5、目镜的视场角2ω′；
6、求出瞳距lz′；
7、求目镜的口径D2；
8、目镜的视度调节（目镜相对视场光阑的移动量x）；
9、选取物镜和目镜的结构。
（二）带有棱镜转像系统的望远镜
双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为：
1、望远镜的放大率Γ＝8倍；
2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）；
3、望远镜的视场角2ω＝10°；
4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；
5、棱镜最后一面到分划板的距离 14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。
6、lz′=8～10mm
要求计算棱镜转像望远镜的各类尺寸
1、计算物镜和目镜焦距
'f o 和'f e 。
2、计算出瞳直径D 出 3、计算视场光阑通光口径
D 视场 4、计算目镜视场'
5、计算棱镜通光口径D 棱（将棱镜展开为平行平板，理论略）采取50%渐晕
6、求目镜口径D 目
7、结构总长度L
8、选型
图2 望远镜系统示意图
)
（三）具有透镜转像系统的望远镜
一个具有双镜组转像系统的望远镜的外形尺寸（均以mm为单位）。
已知：望远镜的放大率Γ=6，视场角2ω=8°，镜管长度L要求为600+2×（学号最后2位）mm，出瞳直径Dˊ=4mm，轴外光束可有50%的渐晕，转像透镜的通光口径与物镜的像面直径相等。
设lz=-100mm。
2、计算物镜、场镜、转像透镜、目镜的焦距
3、计算物镜、场镜、转像透镜、目镜的通光口径；视场光阑、入瞳直径
4、出瞳距、像方视场角；转像双镜的间隔d。