工程光学教案
工程光学设计第三版教学设计
工程光学设计第三版教学设计1. 教学背景光学技术在目前已被广泛应用于各个领域，如通信、医疗、安防、军事、航天等。
光学设计在各种光学应用中占据着重要的地位。
因此，培养具有光学设计理论和实践能力的人才是当前各个领域的迫切需要。
我校工程光学设计课程主要为工科学生提供光学设计的知识和技能，培养学生分析和解决实际工程问题的能力和思维方式。
2. 教学目标本教学设计的主要目的是让学生能够掌握工程光学设计的基本理论和方法，具有一定的实践能力和解决问题的思维方式。
2.1 知识目标1.了解光学系统的基本组成部分和工作原理；2.掌握光学设计的常用方法和软件工具；3.了解光学元器件的选型和特性；4.掌握光学系统的优化和调试方法。
2.2 技能目标1.具备光学系统建模和分析的能力；2.能够利用光学设计软件进行系统的设计和优化；3.掌握光学实验的基本操作和数据分析方法。
2.3 情感目标1.培养学生对光学技术的兴趣和热爱；2.让学生体验到解决实际工程问题的成就感和满足感。
3.1 理论知识1.光学系统的基本组成部分和工作原理；2.光线追迹理论；3.畸变理论和校正方法；4.光学元器件的基本原理和特性；5.激光器原理和应用。
3.2 实践技能1.光学系统的建模和仿真软件的使用；2.光学系统的设计和优化；3.光学实验的操作和数据分析。
4. 教学方法1.讲授法：通过教师讲授理论知识，让学生掌握光学系统的基本原理和工作原理。
2.实验法：通过光学实验，让学生有所实践，练习数据分析和实验操作技能。
3.课堂互动法：通过课堂提问和讨论，让学生思考问题，提升解决问题的能力和思维方式。
4.项目实践法：通过实验项目的设计和实践，让学生掌握实际工程应用中的光学设计方法和技能。
5. 教学评估1.平时表现：包括课堂表现、作业完成情况、实验技能等方面的评估。
2.期中考核：考核学生对光学系统原理和理论知识的掌握程度。
3.期末考核：考核学生对光学设计方法和技能的掌握程度和实践能力。
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。
工程光学导论PPT教案
由：d1 d2，有：L1 L2
第15页/共43页
（5）光束经界面反、折射后的亮度
入射光束的入射角为i1，立体角为 d，在界面上的投影面积为dA， 亮度为L，入射光的光通量为:
d L cosi1ddA
对于反射光束和折射光束，光通量为
d1 L1 cos i1d1dA d2 L2 cos i2d2dA （光路可逆） d 1和d 2分别代表反射和折射光束的立体角
S
dE2
E1 4 R2
S dSN E1
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同理可求得E3... E E0 E1 E2 ...
E0 E1 1 2 ...
E0
1
4 R2
若挡住直射光，E0 0，有
E 1 4 R2
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6.2 热辐射
物体温度不等于0 K 就能发出电磁辐射, 辐射能是由物体热
明视觉下：
d KmV e d
暗视觉下：
d KmV e d
第8页/共43页
d KmV e d d KmV e d
Km =683 lm W , Km =1755 lm W ,
整个可见辐射范围内的总光通量可由 对波段积分得到：
780 380
KmV
e
d
E1
S
dE1
1 4R2
S LdSA 4 R2
S EAdSA 4 R2
二次附加光照度：
A点在N处的一次附加光照度EN E1
亮度为：LN
L1
E1
dSN在B点产生的光照度dE2 :
dE2
L1dSN cos i2 cos i2 ' lN 2
L1dSN 4R2
E1dSN 4 R2
工程光学课程设计
工程光学课程设计
工程光学课程设计旨在为学生提供工程光学学科的基本理论和
实践知识，培养学生的实际能力和解决问题的能力。
第一部分：基础知识
1. 光学基础
介绍光的物理和几何性质，光的干涉、衍射和偏振等基本现象和理论。
2. 光学元件
介绍各种光学元件的原理、特点和使用方法，包括透镜、棱镜、反射镜等。
3. 光学系统
介绍光学系统的设计和分析方法，包括凸透镜成像、反射成像、Abbe成像理论等。
第二部分：应用技术
1. 光学测量技术
介绍使用光学技术进行测量的原理和方法，包括激光测距、干涉测量等。
2. 光学成像技术
介绍使用光学成像技术进行成像的原理和方法，包括数字图像处理、光学显微镜等。
3. 光学通信技术
介绍光学通信的基本原理和技术，包括光纤通信、激光通信等。
第三部分：实验设计
1. 光学元件制作
设计制作凸透镜、反射镜等光学元件，并对其进行测试和分析。
2. 光学成像实验
设计实现光学成像实验，包括使用光学显微镜观察样品、使用数字图像处理技术进行图像分析等。
3. 光学通信实验
设计实现光学通信实验，包括激光通信实验、光纤通信实验等。
通过以上课程设计，学生将掌握工程光学学科的基本理论和实践知识，具备解决实际问题和进行科学研究的能力。
工程光学课程教案模板范文
课程名称：工程光学适用班级：光信息科学与技术专业二年级学生主讲教师：[教师姓名]职称：[教师职称]教学时间：[具体日期]教学地点：[具体教室]一、教学目标1. 知识目标：（1）掌握工程光学的基本概念和基本原理；（2）熟悉光学元件的基本特性及其应用；（3）了解光学系统的设计方法和性能评价。
2. 能力目标：（1）培养学生运用光学原理解决实际问题的能力；（2）提高学生的实验操作技能和实验数据分析能力；（3）培养学生的创新意识和团队合作精神。
3. 素质目标：（1）增强学生的科学素养和人文精神；（2）提高学生的自主学习能力和终身学习能力；（3）培养学生的社会责任感和职业道德。
二、教学内容1. 光学基础知识（1）光的传播规律；（2）光的反射与折射；（3）光的干涉与衍射；（4）光的偏振。
2. 光学元件（1）透镜；（2）棱镜；（3）光栅；（4）光纤。
3. 光学系统（1）光学系统的基本结构；（2）光学系统的成像规律；（3）光学系统的设计方法；（4）光学系统的性能评价。
4. 光学应用（1）光学仪器；（2）光学传感器；（3）光学信息处理。
三、教学方法1. 讲授法：系统讲解工程光学的基本概念、原理和应用；2. 讨论法：引导学生对光学问题进行讨论，培养学生的创新思维；3. 案例分析法：结合实际案例，分析光学原理在工程中的应用；4. 实验法：通过实验验证光学原理，提高学生的实验操作技能；5. 计算机辅助教学：利用多媒体技术，展示光学现象和实验过程。
四、教学过程1. 导入新课：简要介绍工程光学的背景和意义，激发学生的学习兴趣；2. 讲授新知识：讲解光学基础知识、光学元件、光学系统等内容；3. 案例分析：结合实际案例，分析光学原理在工程中的应用；4. 实验演示：演示光学实验，让学生直观感受光学现象；5. 学生讨论：引导学生对光学问题进行讨论，培养学生的创新思维；6. 课堂小结：总结本节课的重点内容，布置课后作业。
五、教学评价1. 课堂表现：观察学生的出勤、课堂纪律、发言积极性等；2. 作业完成情况：检查学生的课后作业，了解学生对知识的掌握程度；3. 实验报告：评估学生的实验操作技能和实验数据分析能力；4. 期末考试：全面考察学生对工程光学知识的掌握程度。
现代工程光学教学设计
现代工程光学教学设计引言现代工程光学是研究物质与光相互作用的学科，广泛应用于通信、航空航天、军事、医疗等领域。
在工程技术领域中，光学不仅在科学上发挥着重要作用，而且在工程应用、制造和测量方面也发挥着重要作用。
现代工程光学的教学设计应充分体现其广泛的应用性和实用性，旨在培养学生应对工程实际问题的能力。
教学目标1.理解光学基本理论及其在工程领域中的应用。
2.掌握光学分析和设计的基本方法。
3.学会使用现代光学工具进行实际建模和仿真。
4.培养学生分享工程问题解决的见解和经验的能力。
教学方法1.讲授理论课程：通过传授知识和基本理论，学生可以了解光学基础知识，以及如何应用这些知识来解决实际问题。
2.实验课程：学生可以通过实际操作光学系统，了解如何使用微调器和测量器具，熟悉光学建模和仿真方法，并在实际应用中获得经验。
3.课程设计：学生可以通过独立或团队项目，研究和解决实际工程问题，并将解决方案和建议分享给同学。
教学内容第一章: 光的基本概念和物理学原理1.光的性质和特点；2.光传播的数学描述；3.光的微粒性和波动性；4.光与物质相互作用。
第二章: 光线和波前的传播1.光线和波前的概念和数学表示；2.光线传播的基本规律和用途；3.波前传播的基本规律和用途；4.光的干涉和衍射现象。
第三章: 光的折射和反射1.光的折射规律和数学表示；2.光的反射规律和数学表示；3.光在界面上的干涉和衍射现象；4.应用光学的几何基础。
第四章: 光的色散和偏振1.光在不同介质中的折射率和色散性；2.光的偏振及其在传感器和显示器中的应用；3.光在晶体和光纤中的传播和应用。
第五章: 光场的传输和成像1.光的传输方程和数学模型；2.球面和平面波前传输；3.光学成像系统的设计原则；4.透镜和光学仪器中的像差和傍轴条件。
第六章: 光的检测和测量1.光的强度、功率、能量和频率的测量；2.光的干涉、衍射和偏振测量；3.光的时间分辨率和空间分辨率的测量；4.光学显微镜和高分辨率成像技术。
工程光学课程教案设计模板
一、课程基本信息1. 课程名称：工程光学2. 学时安排：共计XX学时，每周XX课时3. 教学对象：XX年级XX专业学生4. 教学目标：（1）使学生掌握工程光学的基本原理和基本概念；（2）培养学生运用光学知识解决实际工程问题的能力；（3）提高学生的创新意识和团队协作能力。
二、教学内容1. 光学基本原理（1）光的传播规律（2）光的反射与折射（3）光的干涉与衍射（4）光的偏振2. 光学仪器（1）光学元件（2）光学系统（3）光学仪器的设计与制造3. 光学在工程中的应用（1）光学成像技术（2）光学检测技术（3）光学传感技术（4）光学信息处理技术4. 课程设计（1）望远镜的组装（2）Zemax：设计一大相对孔径望远镜物镜，像差校正到0三、教学进度安排1. 第一周：光学基本原理2. 第二周：光的传播规律3. 第三周：光的反射与折射4. 第四周：光的干涉与衍射5. 第五周：光的偏振6. 第六周：光学元件7. 第七周：光学系统8. 第八周：光学仪器的设计与制造9. 第九周：光学成像技术10. 第十周：光学检测技术11. 第十一周：光学传感技术12. 第十二周：光学信息处理技术13. 第十三周：课程设计（望远镜的组装）14. 第十四周：课程设计（Zemax：设计一大相对孔径望远镜物镜，像差校正到0）四、教学方法与手段1. 讲授法：系统讲解工程光学的基本原理和基本概念。
2. 案例分析法：结合实际工程案例，引导学生分析光学问题。
3. 实验教学法：通过实验操作，使学生掌握光学仪器的使用方法。
4. 讨论法：组织学生讨论光学在工程中的应用，激发学生的创新意识。
5. 网络教学资源：利用网络资源，拓宽学生的视野。
五、考核方式1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况等，占总成绩的30%。
2. 期中考试：测试学生对工程光学基本原理的掌握程度，占总成绩的30%。
3. 课程设计：评价学生在课程设计中的实际操作能力和创新意识，占总成绩的20%。
工程光学课程设计显微镜
工程光学课程设计显微镜一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握工程光学中关于显微镜的基本原理和结构，培养学生运用光学知识分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解显微镜的发展历程；（2）掌握显微镜的基本结构及其功能；（3）理解显微镜的成像原理；（4）熟悉显微镜的调节方法和使用技巧。
2.技能目标：（1）能够正确操作显微镜，进行样本观察；（2）能够根据观察结果，分析显微镜的性能和适用场景；（3）能够运用显微镜进行简单的生物学实验。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对科学探究的兴趣和好奇心；（2）培养学生珍惜显微镜这一科研工具，爱护实验设备；（3）培养学生团队协作精神，提高实践能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个方面：1.显微镜的发展历程：介绍显微镜的起源、发展阶段及其重要发明。
2.显微镜的基本结构及其功能：讲解显微镜的各个部分，如物镜、目镜、台、焦距调节等，并阐述其作用。
3.显微镜的成像原理：分析显微镜成像的数学模型，解释实像与虚像的形成过程。
4.显微镜的调节方法和使用技巧：示范显微镜的操作步骤，如样品放置、焦距调节、亮度控制等，并引导学生进行实际操作。
5.显微镜在科学研究中的应用案例：介绍显微镜在生物学、医学等领域的应用实例，激发学生的学习兴趣。
为了提高教学效果，本节课将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解显微镜的基本原理、结构和成像原理，引导学生掌握知识点。
2.演示法：通过实际操作显微镜，让学生直观地了解其使用方法和技巧。
3.案例分析法：分析显微镜在实际科研中的应用案例，激发学生的学习兴趣和应用能力。
4.实验法：学生进行显微镜操作实验，培养学生的实践能力和团队协作精神。
四、教学资源为了支持本节课的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《工程光学》相关章节；2.参考书：显微镜相关资料；3.多媒体资料：显微镜原理动画、实际操作视频等；4.实验设备：显微镜、样品、实验器材等。
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hi fi
利用过渡公式 li li1 di 1 和 tan Ui tan Ui1 得 到光线在相邻两个光组上的投射高度之间的关系 为： 使用具体实 例进行较为 hi hi 1 di 1 tan Ui1 详细的解析， 。具体我们以 3 可 使 同 学 们 利用这些公式就可以求出 tan U k 更好地理解 个光组的组合系统为例来说明。 和掌握正切 计算法。 任取 h1 ，令 tan U1 =0 ，则有：
作业设计
第二章课后习题第 7、8 题；复习本节内容。 多光组组合计算 一、正切计算法 h1 ， f tan U k
通过练习巩 tan U k ： 三个过渡公式求 tan U k h tan U i tan U i i fi hi hi 1 di 1 tan Ui1
tan U 2 tan U1
h1 h2 h1 d1 tan U1 f1
h2 h3 h2 d2 tan U 2 f 2
tan U 2 tan U 3 tan U 2 tan U 3 tan U 3
h3 h1 f f3 tan U 3
及 合光组的焦距 f ，组合光组的像方焦点的位置 l F ，并比较筒长 (d lF ) 与 f 的大小。 像方主面位置 lH
利用正切计算法，设 h1 100mm ，有：
tan U 2 tan U1 h1 0.2 f1
3
h2 h1 d1 tan U1 40mm
的比值。具体过程就是给定一个 h1 ，找出与其对应的
，从而得到 f 。 tan U 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 i 个光组为例，就有如下公式：
2
hi hi hi li li fi
li tan Ui hi li tan Ui
图 2-29 反远距性型光组
4
留给学生练习
那么接下来请同学们自己思考，并动笔完成这
（共 10 分钟） 道例题。 （十分钟以后，了解学生完成情况） 利用正切计算法，设 h1 10mm ，有：
tan U 2 tan U1 h1 2 f1 7
100 mm 7
h2 h1 d1 tan U1
tan U 2 tan U 2
h2 2 f2 7
所以： f h1 / tan U 2 35mm
h2 / tan U 2 50mm, lH lF f 15mm lF
65mm f 35mm d lF
结合例题阐述 此组合光组的焦距比工作距要短，通常称为反
（共 40 分钟） （一）正切计算法公式的推导
1
进入新课程 的讲授， 对本 节内容进行
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 k 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 2-27 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。
提高学生注 意力， 提纲挈 领。
板书设计
tan Ui tan Ui1
二、典型光学系统 1、远摄型光组 2、反远距型光组 教学反思
6
展开
图 2-27 组合系统的焦距
从图中可以得出， f
h1 ， h1 为入射光线在 tan U k
是指光线经过 k 个光组 第一个光组主面上的投射高度， Uk
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 h1 和 tan U k
即求得多光组组合系统的焦距。 3、深入研讨， 举例讲解 三、典型例子 例1 远摄型光组
通过综合实 例的讲解， 升 华本节课所 学习内容。
例 1 采用讲 授法， 由老师 （共 35 分钟） 一光组由两个薄光组组合而成， 如图 2-28 所示。 主讲， 引导学 生掌握解题 第一个薄光组的焦距 f1 500mm ，第二个薄光组的 方法。 焦距 f 2 400mm ， 两光组的间隔 d 300mm 。 求组
教学重点 教学方法
正切计算法的运用 讲授法、练习法 教学过程
教学难点 教学用具
正切计算法公式的推导 教鞭、多媒体、板书
教学环节及其 时间安排 1、导入主题
教学内容 一、以课堂互动的方式与学生共同回顾上节课内容
设计意图 激发学生热 情， 并串联课 程的上下节
（共 5 分钟） 并导入新课。 上次课我们学习了第五节的第一部分——两个 光组的组合分析，主要包括焦点、主点的位置，以 及焦距的求解，涉及到很多公式，需要大家牢记。 显然，当光组数目多于两个时，我们再沿用这种合 成方法，就不实用了；不仅过程繁杂，容易出错， 而且计算公式将很复杂，十分不方便。那么这节课 我们将介绍一种基于光线投射高度和角度追迹计算 来求组合系统的方法，这种方法称作正切计算法。 2、展开阐述 二、讲授新课
tan U 2 tan U 2 h2 0.1 f2
所以： f h1 / tan U 2 1000mm
h2 / tan U 2 400mm, lH lF f 600mm lF
700mm f 1000mm d lF
5
4、总结提高 （共 10 分钟）
五、总结提高 回顾以往所学知识及其局限性，引入新方法来 解决多光组组合系统的成像问题。通过课堂讲授、 实例分析、学生练习及讨论等方式，使同学们深刻 理解并掌握正切计算法，并能够正确运用这种方法 解决多光组组合系统的成像问题。
以讨论的方 式与学生共 同回顾本节 课的内容。
附件四
教
课程名称 课程类型 教学单元 教学章节 专业课 工程光学 教学对象
案
任课教师 测控专业 计划学时 XXX 2 学时
第二章
理想光学系统
第五节第二部分 理想光学系统的组合——多光组组合计算 1、掌握多光组组合计算方法——正切计算法；
教学目标
2、准确运用正切计算法分析实际光学系统中的成像问题； 3、掌握典型光学系统的成像特点。
两种典型光学 远距型，意为其结构与远摄型光组相反。这非常有 系统各自的特 利于在系统后面安放其他光学元件。 点。 上述光组组合的两个例子谈到了远摄型和反远 距型光组各自的特点，下面将等焦距的这两种组合 形式画在同一张图上，更能一目了然地看到他们的 区别所在，如图 2-30 所示。
图 2-30 焦距相等的远摄型与反远距型比较
图 2-28 远摄型光组
)。 显然，此组合光组的焦距 f 大于筒长 (d lF
在长焦距镜头中往往采用这种组合方式，其特点就 在于筒长比焦距短，使得整体比较轻巧。此类组合 例 2 采用练 习法， 与学生 互动， 激发学 例 2 反远距型光组 生主观能动 一光组由两个薄光组组合而成， 如图 2-29 所示。 性； 老师巡视 几圈， 及时解 第一个薄光组的焦距 f1 35mm ，第二个薄光组的 决学生的困 更加有效 焦距 f2 25mm ，两光组的间隔 d 15mm 。求组合 惑， 地帮助学生 ) 与 f 的大小。 光组的焦距 f ，并比较筒长 (d lF 掌握本节课 的内容。 光组通常称为远摄型光组。