现代光学设计

课程编码：080300M01009H 英文名称：Modern Optical Design 课时：48 学分：3.00 课程属性：一级学科核心课 主讲教师：陈笑

本课程是光电专业的核心课程，它不仅是后续专业课程的重要基础，而且是许多新兴光学成像系统和变换系统的发展基础和生长点。通过本课程的学习，学生了解和掌握近代光学设计的基本原理和基本设计方法，培养学生分析解决实际光学镜头、光学部件和光学系统设计问题的能力，特别强调物理概念的深入融合，同时本课程让学生了解光学设计在科学研究、生产生活、国民经济各领域的应用及研究新进展。这不仅可以开阔学生的思路，激发探索和创新精神，为学生以后从事光电子方向的科研和设计开发工作打下扎实的理论基础。
通过本课程的理论教学和上机设计，使得学生具备以下能力：
目标1、能够将物理基础知识、工程光学理论和现代光学设计相结合，通过建立物理模型，明确不同光学系统的设计条件和局域性，对其正确性进行求解和验证。
目标2、了解近代光学设计流行的理念和设计流程，掌握光学成像系统像质评价的一般理论和典型镜头与典型光学部件的设计方法，包括双胶合消色差准直镜设计、复消色差准直镜设计、柯克物镜设计、双高斯物镜设计、远摄物镜设计、激光耦合镜设计、目镜/显微物镜设计、变焦投影物镜设计、公差分析以及光学图纸和光学镀膜简介。
目标3、能够根据不同的光学系统和不同的技术指标，建立物理模型、设置高效的评价函数，设计满足特定需求的光学成像系统，并能够在设计环节中体现创新意识，兼顾成像质量和成本支出之间的平衡关系。

大学物理、工程光学

第一章 现代光学设计概论 3学时
第1节 透镜成像在经典光学和近代光学系统中的功能和价值
第2节 光学成像系统的进展趋势
第3节 光学设计的主要方法
第4节 课程要求与考试方式
第二章 像差理论与准直镜设计 3学时
第1节 像差概论
第2节 光学材料
第3节 双胶合消色差准直镜简介
第4节 双胶合消色差准直镜的信息量和定义区间
第5节 典型双胶合消色差准直镜设计
第三章 二级光谱及复消色差航拍物镜设计 3学时
第1节 长焦距望远物镜简介
第2节 光电探测器的简介
第3节 长焦双胶合消色差物镜的特性
第4节 二级光谱
第5节 光学传递函数的概念
第6节 典型双胶合复消色差物镜的设计
第四章 柯克与天塞物镜设计 3学时
第1节 柯克物镜简介
第2节 光阑和光瞳
第3节 主光线和上下光线
第4节 弥散斑
第5节 特性曲线和横向像差
第6节 典型柯克物镜的设计
第7节 典型天塞物镜的设计
第五章 双高斯物镜及其变形物镜设计 3学时
第1节 双高斯及变形物镜简介
第2节 单反相机物镜
第3节 渐晕
第4节 换玻璃操作
第5节 单反相机物镜的设计
第六章 远摄物镜设计 3学时
第1节 远摄比
第2节 光学系统的主面和焦面
第3节 远摄型物镜简介
第4节 远摄物镜的理想光学模型
第5节 远摄型复消色差航拍物镜的设计
第七章 反远摄物镜设计 3学时
第1节 反远摄物镜简介
第2节 反远摄物镜的理想光学模型
第3节 反远摄物镜的设计
第八章 期中考试 3学时
第1节 期中考试
第九章 目镜、显微物镜、折反式望远镜和投影物镜简介 3学时
第1节 目镜
第2节 显微物镜
第3节 折反式望远物镜简介
第4节 投影物镜
第5节 100´显微系统的设计
第十章 变焦投影物镜和多重组态操作 3学时
第1节 变焦投影物镜简介
第2节 变焦镜头的设计
第3节 带棱镜（平板）的光学系统的设计
第十一章 F-theta扫描物镜设计 3学时
第1节 扫描物镜简介
第2节 F-theta扫描物镜的设计
第3节 马赫-曾德干涉系统的设计
第十二章 望远系统设计和非序列模式操作 3学时
第1节 望远系统简介
第2节 混合非序列光学设计的简介
第3节 折射型望远系统中倒像
第4节 反射型望远系统的设计
第十三章 课堂练习 3学时
第1节 课堂练习
第十四章 公差分析 3学时
第1节 Zemax公差分析简介
第2节 公差操作数与Zemax公差操作
第3节 Zemax公差操作事例介绍
第十五章 光学加工和光学制图简介 3学时
第1节 光学透镜的加工流程
第2节 常用透镜加工工艺要求
第3节 典型光学镀膜
第4节 美军标图纸与国标图纸的对照
第十六章 期末考试 3学时
第1节 期末考试

陈笑教授，中央民族大学光电信息科学与工程系系主任，2018年获得宝钢优秀教师奖。出版《近代光学系统设计概论》（科学出版社，2019），《光信息专业实验教程》2部教材。多年从事光学设计的教学工作，并参与产品中光学部件的设计与开发。