工程光学课程设计
工程光学设计
摘要摘要：设计三片库克照相物镜，给出三片镜子的结构参数按照设计要求合理设计。
近轴光路追迹求出设计系统的焦距和后焦距。
然后利用zemax光学设计软件仿真验证设计结果。
关键词：照相物镜；光学设计设计要求：设计要求：采用三片库克（cookie）结构，D/f=1/5，半像面尺寸：18mm半视场角：20°设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径D：10mm 计算：系统焦距f，，后焦距（BFL）第一章绪论我们设计光学系统采用光线模型方法，即利用几何光学和光学工程中涉及到的基本方法、基本公式设计三片库克照相物镜。
利用光线模型设计光学系统是非常重要的方法。
曾经有位美国学者在回答有关光线和波动理论应用问题时，睿智的说;“你用光线理论设计照相机镜头，尽管是近视理论，但你用一个星期可以完成；然而你若用衍射理论设计照相机镜头，虽然你用的理论很严格，也去你一辈子才能设计出一个镜头。
”可见用几何光学和工程光学中的光线模型设计光学系统是多么的重要。
而近轴光线的追迹公式又是利用光线理论设计光学系统的基础。
根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。
这样看来，研究近轴光学似乎没有很大的实际意义。
但是事实上近轴光学的应用并不仅限于近轴区域内，对于超出近轴区域的物体，仍然可以使用近轴光学公式来计算平面的位置和像的大小。
也就是说把近轴光学公式扩大应用到任意空间。
对于近轴区域以外的物体，应用近轴光学公式计算出来的像也是很有意义的：第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。
根据共轴理想光学系统的成像性质：一个物点对应一个像点；垂直于光轴的共轭面上放大率相同。
如果实际共轴球面系统的成像符合理想则该理想像的位置和大小必然和用近轴光学公式计算所得结果相同。
因为它们代表了实际近轴光线的像面位置和放大率。
如果光学系统成像不符合理想，当然就不会和近轴光学公式计算出的结果一致。
基于ZEMAX的工程光学课程设计
以下为本次课程设计作业报告的格式和范例，要求同学们结合自己所做工作进行改动，不得摘抄范例！在相机镜头作业完成后附录上入门教学中所有例子的report graphic 6 (见zemax>reports menu)，在完成以上作业情况下，感兴趣的同学可做《光设ZEMAX_实验讲义》中的范例和本次课程设计中相机镜头的公差分析，可进一步实质性的学习光学设计，学习结果也可附录在报告后面。
《Zemax软件设计教程_1》和《光学设计实例-黄惠杰》，是上光和长光的培训课件，同学们可做进一步了解光学设计的理论知识和设计思路。
有什么问题，欢迎同学们提问！工程光学课程设计名称：工程光学课程设计院系：电子科学与应用物理学院班级：应用物理10- 学号：学生姓名：指导教师：2013 年 07 月日设计过程2.1初始结构的选择照相物镜属于大视场大孔径系统, 因此需要校正的像差也大大增加, 结构也比较复杂, 所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定, 而是根据要求从手册、资料或专利文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为原始系统。
在选择初始结构时, 不必一定找到和要求相近的焦距, 一般在相对孔径和视场角达到要求时, 我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要求的焦距值。
原设计要求：1、焦距：f’=12mm；2、相对孔径D/f’不小于1/2.8；3、图像传感器为1/2.5英寸的CCD，成像面大小为4.29mm×5.76mm；4、后工作距>6mm5、在可见光波段设计(取d、F、C三种色光，d为主波长)；6、成像质量，MTF 轴上>40% @100 lp/mm，轴外0.707 >35%@100 lp/mm。
7、最大畸变<1%照相物镜的视场角和有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范围, 镜头所成的半像高y 可用公式y = -f tanw计算, 其中f 为有效焦距, 2w 为视场角。
工程光学的教案
教案院系：电子与信息工程学院专业：生物医学工程教师：***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。
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。
工程光学培养方案有哪些
工程光学培养方案有哪些工程光学培养方案需要有针对性地培养学生的光学相关知识、实验技能和工程应用能力。
下面我们将从课程设置、实践环节、导师指导和学生综合素质等方面探讨一个完善的工程光学培养方案。
一、课程设置1. 基础光学课程：包括光学原理、光学设计、光学材料等基础理论课程，建立学生的光学基础知识。
2. 光学工程课程：包括光学系统设计、光学加工工艺、光学测试等工程应用课程，培养学生的工程实践能力。
3. 选修课程：根据学生的兴趣和发展方向设置选修课程，如激光技术、光学薄膜、光学成像等，以满足学生个性化的学术需求。
4. 实践课程：设置实验课程和实习环节，让学生亲自动手进行光学实验和工程实践，培养学生的动手能力和创新思维。
二、实践环节1. 实验课程：设计光学实验课程，让学生掌握光学实验技能和数据处理能力，同时培养他们的团队协作和沟通能力。
2. 实习实训：安排学生到企业或科研机构进行实习实训，让他们亲身感受光学工程实践，了解光学在不同领域的应用和发展趋势。
3. 学科竞赛：组织光学设计、光学制造、光学工程应用等相关学科竞赛，激发学生的学习兴趣和创新潜力，提高他们解决实际问题的能力。
三、导师指导1. 学术导师：为学生分配专业学术导师，指导学生进行科研和论文撰写，帮助他们深入理解光学理论和工程应用，培养他们的科研能力。
2. 实践导师：安排企业或科研机构的实践导师，指导学生进行实习实训，分享实际工程经验，培养学生的工程实践能力和职业素养。
四、学生综合素质1. 创新能力：培养学生的创新思维和实践能力，鼓励他们在光学工程领域进行科研和创新项目。
2. 团队合作：培养学生良好的团队协作和沟通能力，让他们在实验课程、实习实训和学科竞赛中锻炼团队合作意识和技能。
3. 社会责任感：培养学生的社会责任感和职业道德，让他们认识到光学工程对社会和人类发展的重要性，引导他们成为具有社会责任感的优秀光学工程师。
以上是一个基于工程光学培养方案的初步构想，希望能为相关工程光学专业课程的制定和实施提供一些有益的参考。
工程光学课程设计
课程设计说明书课程设计名称：工程光学课程设计课程设计题目：三片式数码物镜的优化设计学院名称：理学院专业班级：光电信息科学与工程激光一班学生学号：1409090119学生姓名：夏志高学生成绩：指导教师：梁春雷课程设计时间：2016/06/27 至2016/07/03课程设计任务书一、课程设计的任务和基本要求1．查阅相关资料，光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。
2．学习各种像差的基本概念、描述及评价方法，掌握近轴光线追迹公式。
3．本课题要求设计出一个三片式数码照相物镜，要求的光学特性为：mm f 6='，41='f D , 502=ω；像质主要以调制传递函数MTF 衡量，具体要求是对于低频(17lp/mm)，视场中心的MTF ≥0.9，视场边缘的MTF ≥0.80；对于高频(51lp/mm)，视场中心的MTF ≥0.3，视场边缘的MTF ≥0.20，另外，最大相对畸变dist ≤4%。
该物镜对d 光校正单色像差，对F 、C 光为校正色差。
4．学习使用ZEMAX 进行数据录入和报表输出，分析各种初级像差并设置优化函数；设计三片式数码照相物镜并优化，对像差做简单的分析之后，撰写课程设计论文。
5．课题设计(论文)难度适中，工作努力，遵守纪律，工作作风严谨务实，按期圆满完成规定的任务。
6．综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文(设计)结果有一定的参考价值。
二、进度安排1．6月27日：了解光学设计的基本概念、光学玻璃的相关知识和软件的使用。
以单透镜的设计为例学习数据的录入，基本概念和设计思想在软件中的实现，初步掌握ZEMAX 的分析工具和数据含义及输出。
2．6月28日至6月29日：学习各种像差的基本概念、描述及评价方法，掌握近轴光线追迹公式。
3．6月30日：学习查找文献资料，选择合适的数码物镜初始结构，用缩放法进行缩放，缓慢调整有关参数并优化，并最终得到比较好的设计参数。
工程光学课程设计lighttools
工程光学课程设计lighttools一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握工程光学的基本概念、原理和应用，提高学生的科学素养和工程实践能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解工程光学的基本概念和原理；（2）掌握光线的传播、反射、折射等基本现象；（3）熟悉光学仪器的基本结构和原理；（4）了解光学在工程领域中的应用。
2.技能目标：（1）能够运用光学知识分析和解决实际问题；（2）具备制作和调试光学仪器的基本技能；（3）能够运用光学软件进行光学设计和分析。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对光学学科的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、创新的精神；（3）培养学生团队协作和交流分享的意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.工程光学基本概念和原理；2.光线的传播、反射、折射等基本现象；3.光学仪器的基本结构和原理；4.光学在工程领域中的应用。
具体安排如下：1.导言：介绍工程光学的基本概念和原理，引发学生对光学学科的兴趣；2.光线传播：讲解光线的传播规律，通过实例分析光线的传播现象；3.反射和折射：阐述反射和折射的原理，分析反射和折射现象；4.光学仪器：介绍光学仪器的基本结构和原理，讲解光学仪器的应用；5.工程应用：介绍光学在工程领域中的应用，激发学生的学习兴趣和创新精神。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法：1.讲授法：讲解工程光学的基本概念、原理和应用；2.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光学仪器的应用；3.实验法：安排光学实验，让学生亲手操作，加深对光学现象的理解；4.讨论法：学生进行小组讨论，促进学生之间的交流和思考。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将采用以下教学资源：1.教材：《工程光学导论》；2.参考书：光学原理与应用、光学仪器设计等；3.多媒体资料：光学实验视频、光学仪器图片等；4.实验设备：光学仪器、实验材料等。
工程光学课程设计题目
工程光学课程设计题目一、教学目标本课程旨在通过工程光学的学习，使学生掌握光学的基本原理、光学元件的基本性质与工作原理，了解光学在工程领域中的应用。
在知识目标方面，要求学生掌握光的传播、反射、折射、干涉、衍射等基本光学现象，理解光学系统的设计与分析方法。
在技能目标方面，要求学生能够运用光学原理解决实际工程问题，具备光学仪器的设计与分析能力。
在情感态度价值观目标方面，通过本课程的学习，使学生认识到光学在现代科技中的重要地位，增强学生对光学学科的兴趣和好奇心，培养学生的创新意识和科学精神。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括光学基本原理、光学元件、光学系统设计等。
具体包括：光的传播与反射、折射、干涉、衍射等基本光学现象；光学元件的基本性质与工作原理，如透镜、镜片、光栅等；光学系统的设计与分析方法，如望远镜、显微镜、相机等。
三、教学方法本课程采用讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等多种教学方法。
通过讲授法，使学生掌握光学基本原理；通过讨论法，激发学生的思考与探究兴趣；通过案例分析法，使学生能够将光学原理应用于实际问题；通过实验法，培养学生的动手能力与实践能力。
四、教学资源教学资源包括教材、参考书、多媒体资料、实验设备等。
教材选用《工程光学》作为主教材，辅助以相关参考书籍，丰富学生的理论知识。
利用多媒体资料，如教学视频、图片等，使学生更直观地理解光学现象。
同时，准备相应的实验设备，如透镜、光栅等，供学生进行实验操作，增强实践能力。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现主要评估学生的课堂参与度、提问与讨论等，占总评的20%。
作业包括课后习题和项目报告，占总评的30%。
考试包括期中和期末考试，占总评的50%。
评估方式客观、公正，能够全面反映学生的学习成果。
六、教学安排本课程的教学安排如下：共32课时，每周2课时，共计16周。
教学进度按照教材《工程光学》的章节进行，确保在有限的时间内完成教学任务。
光学设计 课程设计
摘要本课程的任务是在学习工程光学基础、光学测试技术等技术基础课程的基础上，进行光学仪器的设计，目的是了解光学设计中主要的环节，掌握光学仪器设计、开发的基本方法，以便今后能从事光学仪器的设计、研发工作。
本课程主要研究光学仪器设计中的基本部分，如：光源、目镜、物镜、分化板等，以及光学仪器设计中考虑的基本问题，如：物象位置关系、系统放大倍数、系统分辨率、相差等。
课程涉光学基础、光学测试技术、误差理论及数据处理、精密仪器设计等多方面。
了解光学系统的光学特性、光学系统的设计过程。
初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。
望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。
目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析。
关键词：光学系统成像质量像差像距望远镜目录第一章设计要求 (1)第二章基本原理及参数计算 (2)1.望远系统的尺寸计算 (2)2.用PW法计算物镜 (7)3.用PW法计算目镜 (13)第三章像差优化及分析 (14)1.初始像差 (17)2.优化后像差 (19)3.像差比较及分析 (22)第四章结论 (23)第五章参考文献 (24)第一章设计要求望远系统是用于观察远距离目标的一种光学系统，相应的目视仪器称为望远镜。
望远系统一般是由目镜和物镜组成的，有时为了获得正像，需要在物镜和目镜之间加一棱镜或者透镜式转像系统。
本课程设计的内容即为透镜式转像系统。
该透镜转像望远系统的设计要求如下：视放大率为8倍视场角2w=10°出瞳直径D`=4mm渐晕系数K=1/4入瞳距离Lz=-50mm镜筒长度L=1000mm要求物镜本身校正球差、慧差、轴向色差入瞳，出瞳位置不在物镜与目镜上面第二章 基本原理及参数设计1.望远系统的尺寸计算所谓透镜转像系统，就是放置在物镜实像面后的使像再一次倒转成为正像的透镜系统。
它的物平面和物镜的像平面重合，像平面与目镜的前焦面重合。
在有些光学系统中，如潜望镜，内窥镜需要放置透镜转像系统以增加仪器的筒长。
工程光学设计(畸变的对比)
工程光学课程设计题目：枕形与桶形畸变的观测实验设计班级：2013信息工程一班组员：廖景威（20133201081），卢永恒（20133201037）引言：成像系统中的单会聚透镜、单发散透镜以及球面镜，在理想加工情况下当实验条件不能满足近轴条件时，总是存在像差。
比如当成像光束孔径角增大或成像范围增大时就会产生畸变单色像差。
实验原理：实际的光学系统，只有在近轴区域以很小的孔径角成像时才是完善的。
如果一个光学系统的成像仅限于近轴区域是没有什么实际意义的，因为进入的光能量太少，分辨率很低。
因此，任何光学系统都具有一定的孔径和视场，在这情况下用近轴光学理论来研究光学系统成像就不合适了，必须采用精确的三角光线追迹公式进行光线计算。
用近轴光线追迹公式进行光线计算得出的像点(理想像点)与在不同孔径下用精确的三角追迹公式进行光线计算得出的像点之间往往并不重合，这个差别称为像差。
像差的大小反映了光学系统质量的优劣。
畸变也是一种轴外像差，而且是轴外细光束的像差。
它是轴外点主光线在像面上交点的高度同近轴 (理想) 像高之差。
由轴外点追迹一条主光线，求出在近轴像面上的截点高度H’p,再求出同一物点在同一视场下的近轴像高h’j，二者之差就是光学系统在该视场下的畸变值，图1表示出畸变的原理。
畸变与孔径没有关系，它只是视场的函数。
畸变随视场的增加而增加。
图1:畸变的原理一个正方形通过光学系统成像就不是一个规则的正方形。
图2(a) 是个待成像的正方形，通过光学系统成像后，由于光学系统的畸变，而且畸变随视场而变化，因此所成的像就不再是正方形了，可能会出现两种情况，其中一种如图2(b) 所示，视场边缘的像高小于理想像高，这样的畸变为负值，称为桶形畸变。
只一种情况是视场边缘的像高大于理想像高，畸变为正值，称为枕形畸变，如图2(c) 所示。
畸变和其他像差不一样，一般像差造成点像的弥散圆扩散，使图像模糊，对比度降低，导致分辨率降低。
而畸变则不同，它既不影响图像的清晰度，也不降低系统的分辨率，它只是使图像的大小和形状发生某些变化。
工程光学郁道银课程设计
工程光学郁道银课程设计简介工程光学郁道银课程设计是基于工程光学领域的一个设计项目，旨在帮助学生将理论知识应用于实际应用中，提高学生的设计能力和解决问题能力。
该课程设计是由专业的工程光学教师郁道银授课，内容包括工程光学基础知识、光学元件、光学系统设计等。
设计目的该课程设计的目的是使学生掌握工程光学设计的基本原理和方法，能够应用所学知识实际解决实际问题。
同时，该课程设计也旨在提高学生的实践能力和创新精神，为学生未来的职业发展打下坚实基础。
设计内容该课程设计的主要内容包括以下几个方面：工程光学基础知识在课程设计的开始阶段，郁道银教授将深入介绍光学的基础知识，包括光的传播、反射、折射、干涉等基本概念。
并引入光学系统的概念和相应的数学理论，为后续的光学系统设计打下基础。
光学元件在工程光学系统中，光学元件是必不可少的组成部分。
在课程设计中，学生将会学习到不同光学元件的基本原理和特点，并对不同的光学元件组合进行分析和优化，从而设计出最优的光学系统。
光学系统设计在课程设计的最后阶段，学生将根据实际情况设计出适合的光学系统，包括硬件和软件部分。
在设计的过程中，学生需要考虑多方面的因素，例如光束走向、成像质量、光学元件的选用等。
最终，学生需要根据设计结果作出评价，并提出优化方案。
设计过程该课程设计的整个过程分为三个阶段：阶段一：选题和背景调查在这个阶段，学生需要进行选题和背景调研，确定设计题目和相应的研究方向。
学生需要深入了解相关领域的情况，包括市场需求、技术现状、竞争对手等，从而为后续的光学系统设计打下基础。
阶段二：理论分析和实验验证在这个阶段，学生需要对所学理论进行分析，并进行相应的实验验证。
学生需要根据实验结果不断调整和优化设计方案，提高光学系统的成像质量和稳定性。
阶段三：收尾工作和验收在这个阶段，学生需要完成课程设计的收尾工作，包括论文撰写、实验报告、成果展示等。
学生需要以专业的态度和创新精神完成所有工作，并通过验收得到认可。
地方高校《工程光学》一体化课程群建设与实践
地方高校《工程光学》一体化课程群建设与实践
随着科技的发展和产业的进步，工程光学作为一门重要的交叉学科，越来越受到人们的重视。
然而，传统的课程体系和教学模式难以满足现代工程光学的需求，需要进行改革和创新。
为此，地方高校开始探索建设《工程光学》一体化课程群，旨在将相关课程进行整合与优化，形成一条完整的知识链，提高学生的学习体验和实践能力。
具体措施包括：
1. 整合相关课程，建立起系统的知识框架。
将光学基础、光学器件、光学设计等课程进行整合，形成一条完整的知识链，使学生能够全面地理解和应用工程光学的相关理论和实践。
2. 引入新的教学方法和手段，提高教学质量。
采用多媒体教学、网络教学、实验教学等多种形式，将理论知识和实践技能相结合，提高学生的学习效果和兴趣。
3. 建立实验室和实践基地，增强学生的实践能力。
建立光学实验室和工程光学实践基地，使学生能够亲身参与相关实验和项目，掌握光学仪器的使用和实际应用。
4. 加强师资队伍建设，提高教师的教学水平。
重视教师的专业素养和教学能力，提供相应的培训和支持，使教师能够充分发挥自己的优势，提高教学质量和效果。
通过上述措施的实施，地方高校《工程光学》一体化课程群建设取得了一定的成效。
学生的兴趣和能力得到了提高，相关专业的就业前景也得到了提升。
同时，这也为其他交叉学科的课程群建设提供了
有益的经验和借鉴。
新工科背景下“工程光学”课程“一体两翼三步四阶”教学改革与实践
基金课题：2022年甘肃省高校创新创业教育教学改革研究项目（项目编号：甘教高函〔2022〕11号）；2023年甘肃省高等教育教学成果培育项目（项目编号：甘教高函〔2023〕14号）；2022年兰州工业学院校级一流本科课程建设项目（项目编号：兰工院〔2022〕67号）；2023年兰州工业学院校级新工科教学研究项目。
新工科背景下“工程光学”课程“一体两翼三步四阶”教学改革与实践文/王春梅 张生福 李钰龙 苏文晓 张总 刘哲本文基于新工科建设背景，聚焦于课程目标，在“工程光学”课程教学改革中积极引入新理念，探索新模式，创新教学方法，应用信息技术。
笔者针对“工程光学”课程教学过程中的痛点问题，依托以学生全面发展为中心的教学理念，明确知识、能力、思维、发展四个层次的教学目标；通过课程思政的“一体引领”，第一课堂与第二课堂的“两翼联动”，“立意、汇意、达意”三步教学设计的具体实施，以打造阳光普照、百花齐放的对话式课堂；在教学活动的全过程中，借助信息技术促进教学改革，以“四阶达标”为引领实现夯实基础、提升能力、强化思维、明确未来的阶梯式教学目标，以更好地满足新时代新工科人才培养要求。
教育部、工业和信息化部、中国工程院联合发布的《关于加快建设发展新工科 实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》明确要求，更加注重产业需求导向，更加注重跨界交叉融合，更加注重支撑服务，探索建立工程教育的新理念、新标准、新模式、新方法、新技术、新文化。
[1]因此，新工科建设既要吸纳新理念、设立新标准、创建新模式，也要使用新方法、融合新技术，不断完善和创新教学活动。
一、“工程光学”课程教学改革的思路与举措（一）“工程光学”课程教学改革思路“工程光学”课程教学改革应紧密围绕新工科建设的总体要求，顺应教育部新工科建设号召，聚焦知识、能力、思维、发展四个层次的教学目标，积极探索“一体两翼三步四阶”教学新模式，全链路、多通道融合新技术，深化课程教学改革创新之路。
工程光学课程设计双胶合透镜的镜片
工程光学课程设计姓名：班级：学号：设计题目一设计一个望远镜系统，如图所示。
D/f ’=1/4,f ’=100,光阑在物镜上，视场为2°一 1 求棱镜的尺寸跟象差： 通光口径D=100/4=25mm像方孔径角u ’=y/f ’=0.5³25/100=0.125 视场角u ’p =tan2°=0.035取直角屋脊棱镜的玻璃材质为k9玻璃，其等价玻璃板光路长 L=p ²Dm=1.732DmD m1=D0+d(2u ’p –D0/f) ≈21.4D m2=pp pfu pD nf fd u d D f D n '0'002)2(-++-≈17.75 Dm 取二者中较大的，即Dm=21.4mm 。
光路长度L=p*Dm ≈37.06mm 求棱镜的初级像差系数S Ⅰ=L ²(1－n 2) ²u ’4/n 3 =－0.00337,S Ⅱ=L ²(1－n 2) ²u ’3²u ’p /n 3 =－0.000943, S Ⅲ=L ²(1－n 2) ²u ’2²u ’2p /n 3=－0.000264其中n=1.5163，L=37.06，u ’=0.125，u ’p =0.035 棱镜的初级色差为C Ⅰ=d ²(1－n)²u 21/vn 2≈－0.00203 C Ⅱ=d ²(1－n)²u ’p ²u ’/vn 2≈－0.000567。
其中 d=L=37.06, u 1= u ’=0.1252根据对物镜像差的要求，可以求得P ∞,W ∞, C Ⅰ。
直角屋脊棱镜的像差由物镜补偿 S Ⅰ=y ²P ∞=0.00337 P ∞= S Ⅰ/y ≈0.00027S Ⅱ=y p ²P ∞+j ²W ∞ j=y ’²n ’²u ’p －n ’²u ’²y ’p =0.4365所以W ∞= S Ⅱ/j=0.0021583可求得P,W, C Ⅰ的归化值y ψ=12.5*0.01=0.125则P ∞= P ∞/（y ψ）3=0.13824 W ∞= W ∞/（y ψ）2=0.13811， C Ⅰ= C Ⅰ/y 2ψ=0.001299。
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工程光学课程设计设计名称：工程光学课程设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：XXX教务处制20 13 年12 月工程光学课程设计评分表最后成绩的以优（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章引言1.1 简单介绍对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计ZEMAX，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG等，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。
但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础，要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成。
记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了。
对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。
其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等。
1.2物镜设计方案课程设计要求：1、学习zemax软件。
2、设计一个25×显微镜物镜，要求所设计的系统成像清晰，显微物镜放大倍率为25×，物方数值孔径NA=0.4，物高为1mm左右。
3、对所设计的光学系统进行zemax软件仿真工作。
我们设计的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。
25×显微镜物镜设计方案图如图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。
是介质对物镜数值孔径影响示意图。
当光线沿光轴方向射向观察物时，自物体S处发出的反射光除沿SO方向反射外，尚有（S1 S1′）（S2，S2′）等衍射光。
（a）是以空气为介质（又称干系物镜）的情况，只有（S1 S1′）内的衍射光可以通过物镜，（S1 S1′）以外的衍射光如（S2，S2′）均不能通过物镜。
（b）是物镜与观察之间以松柏油或其它油为介质（又称油浸物镜）时，由于折射率n增加，使衍射光的角度变狭，致使（S2，S2′）甚至（S3S′3）内的衍射光均可通过物镜。
因而使物镜通过尽可能多的衍射光束，利，于鉴别组织细节。
2.2物镜的鉴别率物镜的鉴别率是指物镜具有将两个物点清晰分辨的最大能力，以两个物点能清晰分辨的最小距离d的倒数表示。
d愈小，表示物镜的鉴别率愈高。
要明白鉴别率可以有一定的限度，这就要用光通过透镜后产生衍射现象来解释。
物体通过光学仪器成象时，每一物点对应有一象点，但由于光的衍射，物点的象不再是一个几何点，而是有一定大小的衍射亮斑。
靠近的两个物点所成的象一两个亮斑如果互相重叠，则导致这两个物点分辨不清，从而限制了光学系统的分辨本领一分辨率。
显然，象面上衍射图象中央亮斑半径愈大，系统的分辨本领愈小。
瑞利（Rayleigh）提出一个推测（又称瑞利准则）：认为当A1′衍射花样的第一极小值正好落在A2′衍射花样的极大值时，A1、A2是可以分辨的，将此时定出的两物点距离A1、A2作为光学统的分辨极限。
θ0称为极限分辨角。
不言而喻，当θ＞θ0时是完全可分辨的，θ＜θ0时是不可分辨的。
由圆孔衍射理论得到：θ0=1.22λ / D式中λ──入射光波长；D──入射光的最大允许孔径（透镜直径）。
因为θ0很小，所以由图2-4得：d′≈θ0=1.22λS / D物镜在设计时，总是使它满足阿贝正弦条件的，即ndsinu=n′d′sinu′式中n和n′为物、象所在空间的折射率，成象总是在空气介质中，故n′=1；u各u′分别为光线在物、象空间共轭点上的孔径角；d和d′分别为物点、象点中心斑的间距。
考虑到显微镜中入射光并非都是平行光，有倾斜光线，对上式系数作适当的修正，所以式中nsinu就是物镜的数值孔径，因此，上式或者写：d=0.5λ/N.A 因此表明：物镜的数值孔径愈大，入射光的波长愈短，则物镜的分辨能力愈高。
在可见光中，观察时常用黄绿光（λ≈4400A），则可使分辨能力提高25%左右。
2.3物镜的有效放大倍数在保证物镜的鉴别率充分利用时所对应的物镜的放大倍数，称为物镜的有效放大倍数。
有效放大倍数可由以下关系推出：人眼在明视距离（250mm)处的分辨能力为0.15～0.30，因此，需将物镜鉴别的距离d经显微镜放大后成0.15～0.30mm方能被人眼分辨。
若以M表示物镜的放大倍数，则d.m=0.15~0.30M=0.15~0.30/d=(0.15~0.30)(N.A.)/0.5λ=0.3~0.6N.A./λ此时的放大倍数即为物镜的有效放大倍数，通常以M表示。
因此有效M有效=0.3～0.6N.A./λ由此可知：物镜的有效放大倍数由物镜的数值孔径及入射光波长决定。
2.4垂直鉴别率垂直鉴别率又称景深，定义为在固定相点的情况下，成象面沿轴向移动仍能保持图象清晰的范围。
表征物镜对应位于不同平面上目的物细节能否清晰成象的一个性质，垂直鉴别率的大小由满意成象的平面的两个极限位置（位于聚焦平面之前和之后）间的距离来量度。
如果人跟分辨能力为0.15～0.30mm，n为目的物所在介质的折射率，（N.A.)为物镜的数值孔径，M为显微镜的放大倍数，则垂直鉴别率h可由下式求出：h=n / (N.A.).M ×（0.15～0.30）mm由上式可知：如果要求较大的垂直鉴别率，最好选用数值孔径小的物镜，或减少孔径光阑以缩小物镜的工作孔径，这样就不可避免降低了显微镜的分辨能力。
这两个矛盾因素，只能被具体情况决定取舍。
2.5实际参数确定按照设计要求：物镜放大倍数为25，数值孔径NA=0.4，通过以上几个参数的计算，计算出理论上的数值并确定符合数值要求的镜片。
初步确定第一个双胶合透镜的初始结构由ZF3与K9组合，第二个双胶合透镜的初始结构由ZF3与ZK9组合。
求出双胶合透镜的初始结构之后，就可以进行光线追迹、相差计算和平衡了，如果的得到不满意的结果，可重新选择玻璃对，再重复上面的计算，达到设计要求，也可以采用自动设计程序作进一步校正，其结果可能会更好。
第3章25×显微镜物镜光学系统仿真过程3.1选择初始结构并设置参数显微镜物镜的初始结构图3.1所示：图3.1 显微镜初始结构图在用ZEMAX软件进行设计时，将显微镜倒置设计。
设置参数如下：垂直放大率为0.04，物方数值孔径为0.016，物高为25mm，物方半视场高度为12.5mm。
此时该系统的结构、传函以及像差如图所示。
从MTF图和像差图可以看出该显微物镜的成像质量还不是很好，需要对其进行自动优化校正。
3.2自动优化首先，建立自动优化函数。
具体过程如下：选择Editors>> Merit Function，弹出Merit Function Editor 对话框，在Type栏中输入EFFL，并将Target定为6.930840，Weight值取1.0；其次，选择Merit Function Editor对话框工具栏中的Tools>>Default Merit Function, 设置Optimization and Reference为RMS～Wavefront～Centroid；最后，选择"opt"按钮进行自动优化。
自动优化后，显微镜物镜结构的数据如下：图形如下：经过自动优化后的显微物镜的结构、传函以及像差如图所示。
此时，像方数值孔径NA=0.3718265，传递函数接近于衍射极限，成像质量较好，基本上达到设计的要求。
图3.2 初始结构各参数仿真图3.3物镜的光线像差(Ray Aberration)分析通过光线特性曲线来分析光线像差，以显示关于入瞳坐标函数的光线像差。
本次设计的物镜系统的光线特性曲线如图3.3所示。
图形以光瞳坐标的函数形式表示了横向的光线像差（指的是以主光线为基准）。