《工程光学》教学大纲

课程编号：10122840              学时：48(理论)+16(实验)            学分：4

先修课程：《大学物理》、《高等数学》

一、课程性质和任务描述

本课程是电子科学与技术专业的一门重要的专业基础课。课程以几何光学为理论基础，以光学系统中光的传播、成像、光度学、色度学、光学系统设计原理等为主要内容。通过本课程的学习，配合实验课程，学生应能熟悉工程光学的基本概念、基本原理和典型光学系统，理解光学系统设计的基本方法，了解现代光学系统的前沿应用技术，具备光学元件及系统的分析和设计能力，为学生学习后续课程如照明系统设计、半导体照明技术及应用等专业课程和以后从事光电信息科学与技术相关领域工作打下必要基础。

二、理论教学内容和要求

基本要求：

通过本课程的教学，使学生比较全面地掌握几何光学、光学系统中光的传播与成像、光度学、色度学、典型光学系统等的基础原理和方法，使学生掌握光学系统成像的基本概念和理论，理解典型光学系统设计的基本方法，培养和提高学生光路分析和光学设计的能力。

主要内容: 

１.几何光学的基本原理（4学时）

掌握几何光学的概念和基本定律，理想像和理想光学系统的概念及基本原理。理解费马原理。

    2.共轴球面系统的物像关系 （12学时）

本章是本课程的理论基础，也是本课程的重点。掌握共轴球面系统中的光路计算公式，单界面的折射、反射成像；共轴理想系统的基点、基面和物像关系；厚透镜、薄透镜；理想光学系统的组合。理解物像系统矩阵方法。

3.平面镜、棱镜系统 （4学时）

掌握平面镜、棱镜的成像性质和成像方向。理解平行平面板的成像性质，棱镜的外形尺寸计算。理解折射棱镜及光楔的最小偏向角和色散。了解棱镜的误差分类。

4.光学系统中成像光束的限制（4学时）

理解孔径光阑、视场光阑及其作用，与孔径光阑、视场光阑共轭的光瞳及光窗；理解场镜的特性；了解远心光路、景深。

5.辐射度学和光度学基础（6学时）

掌握辐射度学与光度学的能量转换关系，光度学中的光通量、光出射度、光亮度、发光强度、光照度、发光效率等基本概念，朗伯光源及朗伯定律，发光点、发光面的光亮度，点光源、面光源的光照度，物、像光亮度与光照度之间的关系。理解主观亮度；了解光度学量的测量方法。

6.色度学基础（4学时）

掌握色度学中明度、色调、饱和度的概念，颜色匹配、颜色相加原理，色度图；理解色刺激值；了解CIE标准及颜色的测量。 

7.光学系统的像质评价和像差（6学时）

掌握几何像差的基本概念，各种几何像差的形成原因及校正方法，理解波像差；了解星点法、分辨率法、光学传递函数评价成像质量的原理和方法。

8.典型光学系统（6学时）

掌握放大镜、显微系统、望远镜系统的工作原理、典型结构及基本参数；理解典型光学系统的视角放大率，望远镜的外形尺寸计算程序；了解投影系统、摄影系统的工作原理、典型结构及基本参数，现代光学系统中的应用技术。

9.灯光照明系统（2学时）

理解室内照明设计与户外照明设计的特点、区别及光学设计要求，了解照明系统设计检测标准。

三、实验教学内容和要求

基本要求：

工程光学实验是应用课程的重要组成部分，属于学科基础实验范畴。学生通过实验，应能掌握常见光路的搭建、分析和调整方法，掌握透镜焦距和节点位置的测量以及典型光学系统的组成，并能应用基本的工具实现基本的测量。

实验内容：

 注：选做实验中，必须要根据实验条件在三个选一个做。

三、建议教材和参考资料

     建议理论教材:

1. 《工程光学》，郁道银等，机械工业出版社，2023年第四版.

2. 《应用光学》，胡玉禧编著，中国科学技术大学出版社.

建议实验教材：

1.《工程光学课程实验指导书》，天津科技大学，付连昆

     参考资料:

1.《应用光学》，安连生，北京理工大学出版社  2017年.

2.《应用光学》，张以谟，电子工业出版社，2022年.

3．《物理光学与应用光学》 石顺祥等，西安电子科技大学出版社,2021年.

                           修订：杨健君，潘新建    

审定：刘黎明

• 专业类：电子信息类

• 专业：光电信息科学与工程

• 适用专业：光电信息科学与工程

工程光学是一门集理论与技术于一起的专业基础课。课程以几何光学为理论基础，以光学系统中光的传播、成像、光度学、色度学、光学系统设计原理等为主要内容。通过本课程的学习，学生应能熟悉工程光学的基本概念、基本原理和典型光学系统，理解光学系统设计的基本方法，了解现代光学系统的前沿应用技术，具备光学元件及系统的分析和设计能力，为学生学习后续课程如照明系统设计、半导体照明技术及应用等专业课程和以后从事光电信息科学与技术相关领域工作打下必要基础。

同时工程光学是一门应用科学，它自身有其独特的计算方法和理论。所以学习本课程除了认真阅读教材内容外，还需要通过阅读参考资料，完成习题和实验内容来全面理解有关知识。

首先，在课堂教学中，要注意知识的运用，在讲解完一个重要知识点后，要加一个实践的案例练习，并用图形的方式表示出来，这样使学生很容易理解。

其次，在课程内容的讲解上，要尽量淡化复杂的运算和公式的推导，避免将工程光学上成一门数学课，要强调公式背后所体现的物理概念和工程概念，将方法和原理讲解透彻后，更加注重让学生了解其工程应用。只有这样才能让学生真正掌握原理的应用，这样培养出来的学生才更加符合企业的胃口，在将来的就业中才有较强的竞争力。

在以后的课程发展过程中，将采用面向实际、面向专业课程、面向整个教学体系的教改方法，不断地对课程进行整合和改进。在教学内容、教学方法、实验教学等方面做尝试。在教学内容上，根据最新科技发展状况及时加入一些新内容，转移侧重点，删除一些过时的内容，使学生掌握实用的知识。同时加大了这门课程前后的各个课程之间的衔接研究，使其与其他课程融合成为一个有机的整体。

《工程光学》在注重论述光学基本原理的同时，结合工程实际。以线性光学/几何光学为基础，与中学的光学内容能友好衔接。

 通过本课程的学习可较全面掌握光学基本理论和实际应用技术，使学生在学习过程中掌握工程光学的基本理论、计算，学会分析、设计光学系统；

培养学生在掌握经典光学理论的基础上，对现代光学系统原理及成像特性有更进上步识，为进一步研究开发光学测试仪器打下基础。

本课程是应用光学基础类课程，主要涉及光学应用的基本理论、计算、设计等方面。

应用光学，胡玉禧，中国科技大学出版社

工程光学，郁道银，机械工业出版社

应用光学，安连生,  北京理工大学出版社

光学教程，叶玉堂,  清华大学出版社

物理光学与应用光学，石顺祥，西安电子科技大学出版社