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工程光学课程设计教学大纲
扬州大学光电技术综合训练中心            2016年03月15日          来源:扬州大学光电技术综合训练中心
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工程光学课程设计教学大纲
(Curriculum Design of Optics Engineering) 
一、课程基本信息
课程编号:10073405
课程类别:实践课程
适用专业:光电信息科学与工程
学    分:1
总 学 时:16      
先修课程:高等数学、大学物理、工程光学
选用教材:
自编教材
必读书目:
[1]    郁道银,《工程光学基础教程》,机械工业出版社, 2007.4
[2]    李湘宁,《工程光学》,科学出版社,2005;
[3]    Ed - K. Iizuka, Engineering Optics ,3rd , Springer 2008;
[4]    贺顺忠,《工程光学实验》机械工业出版社,2007
选读书目:
[1]    张以谟,《应用光学》,机械工业出版社,1988
[2]    T.-C. Poon, Principles of Applied Optics, RD Irwin, Boston ,1991
 
二、课程教学内容与教学要求
一)目的与要求 
 工程光学课程设计着眼于应用光学的基本理论知识、光学设计基本理论和方法,侧重于典型系统具体设计的思路和过程,加强学生对光学设计的切身领会和理解,将理论与实际融合、统一,以提高学生综合分析及解决问题能力的培养。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。本课程设计侧重于光学系统外形尺寸的设计。
外形尺寸设计基本要求:
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)课程设计内容 
以下题中, ⑴、⑵题为一组,(3)为一组,两组任选 一组
⑴ 内调焦望远物镜的外形尺寸计算
所谓内调焦望远物镜,是指物镜除有一个正的镜组外,内部还有一个负的调焦镜组,它们共同构成复合物镜。利用负镜组的前后移动,可以对远近不同位置处的物体成像在一个固定的像面上,通常把起调焦作用的这一负镜组称作调焦镜。由于调焦镜在镜筒内部,调焦时不改变筒长,所以称为内调焦望远镜。它比外调焦望远镜具有结构短,密封性能好等特点。
计算一个内调焦望远镜的外形尺寸,已知条件是:物镜总焦距f’=250mm;相对孔径D/f’=1/5;视场角2ω=4º;筒长L=150mm;最近观察距离l1=3.5mm;仪器轴的位置a=85mm。要求计算:
① 正、负镜组的焦距f1’、f2,以及它们的间隔d。
② 计算各镜组的通光口径;
③ 计算近距离成像时的镜组间隔ds
 
⑵ 投影系统的外形尺寸计算
投影系统涉及到投影物镜和照明系统,不仅要满足投影成像的要求,还要注意两系统之间的匹配。照明方式从均匀性考虑,一般采用类似柯拉照明。
计算一个投影系统,已知条件是:胶片尺寸b×h=24mm×36mm,屏幕尺寸b’×h’=1.3m×2m;从投影物镜到屏幕的距离l’=12m;屏幕照度E’0>100lx;光源亮度L=1.8×107cd/m2;光源尺寸为10mm×10mm,计算:
① 投影物镜的光学特性:放大率β、焦距f’、胶片的位置x、视场角ω、相对孔径D/f’
② 照明系统的光学特性:放大率β、孔径角2U、焦距f’
 
(3) 内调焦望远物镜设计。
(一)技术要求:
(1) 物镜相对孔径1/8;焦距400mm;
(2) 物镜筒长L≤260mm; ;
(3) 远距比:L/f’=0.8
(4) 物方视场角2α=25° ;
(5) 物镜后工作距离 mm;
(6) 望远镜观察的最近距离
物镜、调焦镜采用双胶合镜组(K3,F3)。
(二)设计内容
1.                 正负透镜的焦距计算
2.                 透镜外形尺寸计算
3.                 按照初级色差的校正方法设计初始参数
4.                 像差平衡与优化设计
5.                 绘制光学系统图
6.                 绘制优化前后的像差曲线图
三)设计报告撰写要求
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(重点);
⑶ 结果分析(重点,要有图解说明)
(4) 完成设计报告
(5)设计期末按设计要求撰写设计报告,写出详细的设计过程。介绍自己的设计过程并回答有关提问。
 
三、成绩考核
1、 总成绩包括设计报告成绩+答辩成绩。
2、 最低要求完成其中一个设计内容,根据设计工作的完成情况最高获得良好成绩。
3、完成两项设计任务的同学需说明以哪项设计为主,其余项目作附加成绩可获得优秀。鼓励同学完成上述两项内容。
四、说明
课程设计答辩内容包括:设计目的、设计内容、设计计算、设计的体会及注意事项。
 
 
执笔人:韩玖荣
审定人:陈海涛
2015年2月