spContent=《工程光学》是测控技术与仪器专业的一门必修课,也是本专业的主干课程之一,通过光学的基本概念、基本原理和典型系统等内容的讲授,为学生学习光学系统设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础,培养学生利用光学知识和方法解决复杂测控系统中涉及光学测量问题能力,提高学生阅读文献、分析问题、解决问题的能力。
《工程光学》是测控技术与仪器专业的一门必修课,也是本专业的主干课程之一,通过光学的基本概念、基本原理和典型系统等内容的讲授,为学生学习光学系统设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础,培养学生利用光学知识和方法解决复杂测控系统中涉及光学测量问题能力,提高学生阅读文献、分析问题、解决问题的能力。
—— 课程团队
课程概述
“工程光学”是一门理论性和实践性都很强的课程,其基本原理广泛运用于日常生活、科研生产活动中。该课程是仪器仪表类专业重要的专业课程之一,通过光学的基本概念、基本原理、像差理论和典型系统等内容的讲授,为学生学习光学系统设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础,使学生具备相应的分析问题、解决问题的能力。本课程为32学时,所选用的教材为机械工业出版的《工程光学基础教程》(郁道银、谈恒英主编,2017年,第2版),主要讲授其中“几何光学”的部分内容。课程面向但不局限测控技术与仪器专业学生开设。
“工程光学”以培养学生利用光学知识和方法解决复杂测控系统中涉及光学问题能力为目标,制定教学目标:知识目标:认识典型光学系统和光学元件,理解几何光学的基本理论,能应用成像规律求解光学系统的物像关系,理解光学系统中的光束限制、像差和像质评价方法。能力目标:1运用光学系统的基本知识和方法解释、研究典型光学成像和测量系统应用机理;2能对解决典型光学成像和测量系统相关问题的方案进行综合比较;3针对某些光学成像或测量问题,能借助文献研究选择多种光学设计方案。素养目标:培养学生正确思维方法、科学世界观以及社会责任感。
与同类课程相比,本课程的优势和特色在于:
1. 课程内容上,学生为中心,课程建设围绕学生需求。开展充分调研,关心学生的关注点和兴趣点以及开展对学生的课程表现的行为学观察,不断地更新课程教学案例以及课程思政元素。通过线下沟通、线上问卷等多种方式,了解学生学习中的困难,补充线上资源和资料。例如,在案例分析时,提出目前热门的无人机航拍问题,引导学生自主查询商业产品性能指标,并利用所学知识对航拍相机的视场、分辨力等问题进行分析,增加课程趣味性。针对学生学习难点,增加习题讲解视频资源,弥补线下课程学时紧张的缺陷,提升学生获得感。
2. 课程形式上,更符合线上学习的习惯。重新划分课程知识点,以知识点为单元设计课程教学视频,单个视频长度大多在15分钟以内,便于学生学习。重难点突出,重点讲解几何光学的基本概念、基本原理、理想光学系统分析的基本方法及典型光学系统的成像特点,适合少学时学习要求。
课程大纲
几何光学基本定律与成像概念
课时目标:掌握应用光学中的符号规则、单个折射球面的成像公式、放大率的表述及各放大率之间的关系;熟悉几何光学基本定律、完善成像条件的概念和物象虚实关系等成像相关表述。
1.1 绪论
1.2 几何光学的基本概念
1.3 几何光学的基本定律
1.4 光路的可逆性和全反射原理
1.5 费马原理
1.6 成像的基本概念
1.7 球面光学系统实际光路计算
1.8 近轴光线成像
1.9 球面系统成像
理想光学系统
课时目标:掌握图解法、解析法求像方法及多光组求像方法;熟悉理想光学系统成像性质、基点与基面。
2.1 理想光学系统及其性质
2.2 理想光学系统的基点和基面
2.3 实际光学系统的基点位置和焦距计算
2.4 图解法求解物像关系
2.5 解析法求解物像关系
2.6 理想光学系统的放大率
2.7 光学系统的节点
2.8 两个光组组合分析
2.9 多光组组合分析
平面和平面系统
课时目标:掌握平面镜、平行平板的成像特性,以及反射棱镜成像方向判断;熟悉反射棱镜的等效与展开
3.1 平面镜成像
3.2 平面镜旋转特性
3.3 平行平板成像特性
3.4 平行平板的等效
3.5 典型反射棱镜
3.6 棱镜系统成像方向判断
3.7 反射棱镜的等效与展开
光学系统中的光束限制
课时目标:掌握孔径光阑、视场光阑、渐晕光阑和入瞳、出瞳等的基本概念及作用;熟悉景深的含义及影响因素
4.1 孔径光阑
4.2 视场光阑
4.3 照相系统中的光束限制
4.4 显微系统中的光束限制
4.5 光学系统的景深
像差理论与像质评价
课时目标:握球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差、波像差的基本概念及其对像质的影响;掌握常用的光学系统像质评价方法和各自的优缺点
5.1 像差的基本概念
5.2 球差
5.3 其他单色像差
5.4 色差
5.5 像质评价
典型光学系统
课时目标:掌握眼睛系统、放大镜系统、望远系统、显微系统和照相系统的结构、重要参数及成像原理
6.1 眼睛及其光学系统
6.2 放大镜
6.3 显微镜
6.4 望远镜
6.5 摄影系统
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证书要求
成绩包括:平时50%+期末考试50%。综合评价达60分以上,通过课程考核。
平时成绩组成:
作业:40%
章节测验及互动:40%
讨论:20%