光学论文范文第1篇
关键词：光学实验;教学模式;问卷调查
实验教学是巩固理论课程、培养学生学习兴趣、拓展学生思维的重要途径。近几年来，多位教师[1-3]在物理光学实验教学中对于教学内容、教学方法等方面开展了课程改革与实践研究，从不同方面提出了多项改革措施。本文对石河子大学光学实验教学的现有模式进行了调查分析。在研究中，对于石河子大学部分在校本科学生，针对目前的光学实验教学的教学内容、课程考核方式以及学生对光学实验的学习情况、对现有教学模式和教学设施的评价等问题进行问卷调查。根据调查问卷反馈回来的数据信息，并结合物理系光学实验教学的现状，本文在实验教学情况、实验室资源的建设等方面得出了比较真实的数据结论，并以此为基础对光学实验教学模式的改革提出建議和参考意见。
一、对光学实验教学现状调查结果及其分析
1.问卷调查的基本情况。本次调查是首次针对石河子大学部分在校学生开展的关于光学实验教学的问卷调查。调查在考试成绩登记后，以不记名的形式进行，从而保证了调查结果的真实性。问卷调查的对象分为两部分。第一部分调查问卷针对工科专业的在校学生，共200份，其中化学化工学院100份，机电学院51份，水建院29份，信工学院20份。另一部分则针对在校的物理专业的学生，包括物理学专业09级和应用物理08级的学生，一共88份。共发放调查问卷份288，收回有效问卷257份(89.2%)，后续补发问卷31份。调查问卷涉及的主要内容包括：(1)实验内容与实验开设形式;(2)实验教学过程及实验效果和认识;(3)学生对光学实验的认知程度和对于目前光学实验教学的建议。
2.问卷调查结果分析。(1)光学实验认识程度的反馈。为了调查在全校范围内开设独立的光学实验课程是否具有可行性，本次问卷不仅针对物理专业学生，而且还包括非物理专业的学生设置了相关问题，调查数据为：有85%学生认为光学实验可以很好地帮助学习光学理论，是非常有用的课程。82%的学生认为光学实验室应对学生开放。若开放光学实验室，有85%的学生有动手做光学实验的意向，有40%的学生认为开放实验的教学效果好。此外，对于物理专业的学生调查中，有89%的学生认为应尝试在实际教学中实施光学课外实验制作，76%的学生对实验竞赛感兴趣。问卷调查表明，无论是物理专业还是非物理专业的学生，对于光学实验，尤其是和实际应用、科技前沿结合紧密的实验内容具有很强的兴趣。物理专业的学生对于开放性实验、课外实验和实验竞赛表现出较大的期望，而且非物理专业的学生比较期望设置与光学现象有关的实验选修课程。目前，物理系的光学实验室只针对物理专业的学生教学使用，非物理类学生无法接触到专业的光学实验，不利于对光学实验感兴趣的学生的自主学习和培养非物理类学生的综合素质。开放性实验有宽松的环境，可以激发学习的主动性、积极性，因此，实验的教学模式可以尝试由封闭过渡为开放式，这样的“信息开放”和“思维开放”将能够更好地激发学生的创新思维。
(2)关于“光学实验教学过程”方面的反馈，针对物理专业学生在光学实验教学过程中的调查表明：34%学生认为实验的教学学时应由实验项目来决定，不应该固定某项实验的学时。在实验中能够积极动手操作的学生比例为77%。94%的学生认为有必要开展实验课后讨论。82%的学生对学校实验器材不够满意，希望更新改进。在实验内容方面，学生表现出的喜好程度依次为：近代光学实验50%，光的偏振现象24%，光的干涉现象13%，光的衍射现象13%。该调查结果能够比较真实地反映出目前在物理专业学生的光学实验教学中存在的问题。实验教学中，能完全按照要求进行预习总结的学生只有四分之一，学生实验的准备和事后工作做得不够好，因此该方面需要教师更加严格的要求。在实验操作时，由于是分组实验，每一小组中总有部分学生没有参与到实验中去，实验课堂的纪律不够严格。在光学实验学时方面，现在的固定学时，不太符合学生学习的要求，应该按照实验的内容，适当调整实验的学时。对于部分同学觉得学习时间不够问题，可以通过开放实验室让学生自主去学习的方式弥补。调查中发现，大多数的学生对光学实验器材的套数不满意，应对实验器材实行更加合理的调整和增加，让所有的学生都有机会、有动力参与实验。此外，调查中在谈到参与实验操作的体会和感受时，很多学生表示实验课程过程中比较在意个人能力的培养，教师可适当将重点转移到这方面，以满足学生的学习目的。(3)关于“光学实验教学效果与考核”方面的反馈，在光学实验课程教学效果方面，针对物理专业学生的调查结果表明：91%的学生认为光学实验内容有代表性且有助于理解相关的光学理论。66%的学生觉得光学实验室的仪器设备应该是教学的最大障碍，需要改善。关于“你认为光学实验教学提高了哪些能力?(多选)”这一问题的调查中，依次是提高实验操作技能62%，自主思维能力52%，团队协作能力40%，获取信息的能力26%。47%学生认为目前开设的光学实验虽然存在一定的难度，但是在教师的指导下都能很好地完成，仅有6%的学生不能按时完成实验。在实验考核方面，70%学生认为操作和笔试结合方式能很好地反映学习效果，并且认为“平时70%+期末30%”成绩比例评价比较合适的这部分学生占比例最大，达到39%。
绝大多数学生对光学实验课程的教学效果表示满意，但却对实验室的仪器设备和建设表现出不满意，这将成为今后光学实验教学中的首要问题。物理专业的部分学生表示，如果教学中能将实验的内容与生活实际相结合，多开展前沿的科学实验项目，对学生的学习兴趣和学习动力将会有更大的帮助。对于光学实验的成绩评定的调查表明目前的考核手段对学生来说比较单一，有必要建立多元化的光学实验考核评价体系，并适当调整平时成绩的比例。
二、改革光学实验教学模式的探讨
1.优化光学实验教学内容。光学实验教学内容的改革要因地制宜地作出适当调整，可以考虑以下几个方面：(1)选择实验器材一致、原理清晰、操作规范的实验教材。笔者认为教材不一定非要选取“重点”教材，重要的是它的内容设置是否符合本校的实际教学需要。(2)自编光学实验辅导教材，即依据实验室里现有设备编写辅导教材，并且编写该教材时要考虑学生的反馈意见和课堂上对学生操作的观察、实验报告的批改情况。同时，也可以鼓励学生参与实验教材的编写与改编，补充他们对实验操作的切身体会、实验结果等。(3)每个学期实验完成后，向学生收集对于该门课程的意见调查表，调查可包括：对实验项目的安排、上课方式、实验仪器的配置、实验教材的意见等。通过综合学生的反馈意见，借助网络交流平台，从而对光学实验的项目内容做出适当调整。
2.创立开放性光学实验教学模式。本次问卷中对于实验教学过程的调查结果表明以课堂教授实验操作，学生被动灌输知识为主要方式的验证性实验难以引起学生动手操作的兴趣。因此，探索开放性实验教学模式是很有必要的。基于目前物理系光学实验室建设的实际情况，完全实现光学实验室对外开放是不现实的，但是可以从以下几方面做出尝试：(1)课前开放。在正式的光学实验课程教学开始前，可将光学实验室开放一周，要求学生在课前通过查阅资料、观看教学视频、进入实验室观摩仪器、师生互动答疑等方式撰写实验预习报告。(2)部分实验项目开放。在实验教学中，除了基本的必做实验项目外，增加部分设计性、制作性的开放性实验项目，该类项目要求学生自己设计实验方案，最后以论文形式撰写实验报告。(3)课后开放。为活跃学生的思想，教师在课后开放实验室，与学生探讨实验心得，把“教”变成“导”，增强学生的参与意识。(4)针对非物理类学生开放光学实验室。可以考虑开设光学实验选修课，或者在非物理类学生进行大学物理实验教学时将部分光学实验项目作为演示实验开放参观。(5)建立开放式的教学实验平台网站，在网站上提供一些教材课本上没有的光学实验资料、著名實验背景故事及人物传记、教师规范的实验视频等。
3.改进光学实验教学考核方式。在传统实验考核体系中，学生期末成绩由实验报告与期末考核来评定。由于传统实验教学模式下学生所做的实验结果基本一致，导致实验报告千篇一律，因此实验考核的结果也变得很不准确。因此，对于光学实验考核的“平时成绩+期末成绩”的评价结构，可考虑：(1)平时成绩由实验操作、实验心得、实验报告等多个方面组成。(2)期末成绩由实验设计方案、实验操作考试、实验理论考试等构成。(3)鼓励学生对已学的光学实验进行仿真设计，对表现突出的同学可以加入实验成绩的考核内。此外，评价者还可以从单一的实验任课教师扩大到实验技术人员、学生代表等。
本文针对石河子大学光学实验教学做了详细的问卷调查分析，但在设计问卷调查内容方面不能完全涵盖光学实验教学的各方面信息。问卷调查反馈反映了学生对目前光学实验教学的真实感受。在了解学生们的真实心理感受的基础上结合物理系光学实验教学的实际情况及教学经验，本文在教学模式的改革方面提出了些许建议，希望为今后课程的教学模式、教学方法及考核办法的改革提供基础和依据。
参考文献：
[1]彭小兰，王红成，张绍强.地方高校《光学实验》教学改革实践[J].湖南理工学院学报(自然科学版)，2012，25(2)：82-87.
基金项目：石河子大学教育教学改革项目(批准号：JG-2010-007)资助的课题。
作者简介：王锐(1981-)，女，硕士，讲师，主要研究方向为生物光子学。
光学论文范文第2篇
摘要：利用MATLAB编程语言对典型物理光学实验进行了仿真模拟，制作了包括干涉、衍射、信息光学、晶体光学实验在内的光学实验仿真平台，可应用到光学理论和实验教学中，使整个抽象的物理过程变得直观形象，增强了学生的学习兴趣，提高了物理光学课程的教学水平。
关键词：物理光学；MATLAB；仿真
一、引言
《物理光学》课程是我院直通车军用光电工程专业开设的一门重要的专业基础必修课，它是研究光的基本属性、光的传播规律、光与物质相互作用以及相关应用的学科，也是一门应用性很强的学科。该课程的学习将与后继课程，如光电技术、激光技术、光纤通信等有密切关系，也是学员今后开展军用光电装备保障工作的基础。因此，教学质量的好坏直接关系到学员对今后专业课程的学习效果以及将来的岗位任职需要[1]。
当前信息技术飞速发展，计算机辅助教学已被广泛应用于各学科教学中[2]。而我院的《物理光学》课程教学依然主要沿用传统的“口授、耳听、笔演”的教学模式，尚未找到一种可以很好地囊括教学内容的辅助教学软件。基于此，笔者构建了基于MATLAB的物理光学仿真平台，有效地提高了课堂教学效率，改善了当前课时压缩和教学内容有增无减的矛盾现状。
二、平台简介
物理光学实验仿真平台主要包括四个模块，分别为：干涉实验、衍射实验、信息光学和晶体光学，其总体构架如图1所示。其中干涉实验主要包括杨氏双缝干涉、牛顿环和迈克尔逊干涉仪等典型干涉现象的仿真。衍射实验主要包括单缝衍射、光栅衍射、圆环衍射以及圆孔、矩孔、三角孔的衍射仿真，通过分析这些仿真结果，可以较好地掌握衍射现象的普遍规律。信息光学部分主要是对高通和低通滤波进行了模拟仿真。晶体光学部分包括平行偏振光干涉和会聚偏振光的干涉。
三、各模块的仿真实现
（一）干涉实验仿真
（二）衍射实验仿真
在这部分，主要是对几种不同孔径的夫琅和费衍射进行了仿真。夫琅和费衍射的仿真方法有两种：一种是傅里叶变换方法，另一种是利用衍射积分公式进行数学计算。两种方法相比较，傅里叶变换方法编程简单、语句少、速度快。选取圆孔夫琅和费衍射为例，对其进行模拟仿真。首先利用两个for循环语句生成圆孔衍射孔径，再利用函数fft2（）对衍射孔径的场分布进行傅里叶变换，从而得出观察平面的频谱，利用取模函数abs（）对该复数矩阵取模，得到振幅谱矩阵；再利用函数fftshift（）对取模后的矩阵进行频谱位移。核心程序如下：
最后，利用imshow、plot和mesh函数绘出观察屏上的衍射图样、光强二维分布、光强三维分布图。仿真结果如图4所示。与干涉实验仿真模块类似，也设计了滑动条来连续改变实验参数。
（三）信息光学仿真
在信息光学部分，主要对空间滤波中的高通和低通滤波进行了仿真。首先采用imread函数读入一幅图像，存入二维矩阵，调用fft2函数对输入图像进行傅里叶变换，依据滤波要求选择合适的滤波函数T（u，v），将傅里叶变换结果与滤波函数T（u，v）相乘，调用傅里叶逆变换函数ifft2对相乘结果作变换得到输出图像，利用imshow函数将图像显示出来。高通滤波和低通滤波的仿真结果分别如图5和图6所示。
（四）晶体光学仿真
晶体光学部分，主要对偏振光干涉结果进行了仿真。偏振光干涉装置如图7所示，其中P1、P2为偏振片，W为波片。在常见的偏振光干涉装置中，偏振片P1和P2的透光轴方向放置成互相垂直或平行。通过光波的振动分解，得到干涉场的光强分布。P1和P2垂直时，干涉场形成的干涉条纹和光强曲线如图8所示。对于会聚偏振光干涉，通过MATLAB编程后，仿真干涉图样如图9和10所示。
四、结语
《物理光学》课程理论性强，内容晦涩难懂，传统的课堂教学不可能把实验器材搬到教室供学员操作。基于MATLAB制作的物理光学实验仿真平台，可实现实验参数的连续调节和图像的動态显示，能够应用到光学理论和实验教学中，增强学生对理论知识的理解，提升学生的学习兴趣，提高物理光学课程的教学水平。
参考文献：
[1]毛少娟，陈玉丹，华文深.物理光学课程信息化教学改革[J].中国教育技术装备，2015，（20）：102-103.
[2]李继军.Matlab GUI在光学仿真中的应用[J].通化师范学院学报，2010，31（2）：52-54.
光学论文范文第3篇
摘 要：智能时代的到来，传统分科教学中单一的教学内容已不能满足未来人才培养的需求，而跨学科融合、注重培养学生问题解决能力的STEAM教育理念的综合性课程被认为是培养未来复合型创新人才的有效途径。文章对初中物理教学现状进行了分析，针对STEAM教育与学科融合的落地实施方式，根据人教版八年级物理“透镜及其应用”单元中的内容，以“自制照相机”活动设计了一堂融合STEAM教育理念的案例课程，希望能为促进STEAM教育融入初中物理教学的研究提供一些启发。
关键词：STEAM教育;初中物理教学;教学设计
一、问题的提出
随着人工智能、5G技术、物联网、大数据以及云计算等新兴技术为代表的智能时代的来临，人类积累的知识越来越多且日益精深，有限的课程容量和“无限”的知识这一矛盾越发凸显，传统的分科教学培养人才的理念已经无法适应智能时代对多元复合型创新人才的需求，课程的整合即是解决这一矛盾的尝试[1]。
《国际教育信息化发展2015 地平线报告（基础教育版）》指出：在未来一到两年内，STEAM教育将在全球兴起，并且将对学校教育特别是基础教育产生重要影响[2]。此后，国际教育学者的关注点迅速转移到了STEAM教育上。《教育信息化“十三五”规划》指出：要积极探索STEAM教育、创客教育、项目式学习、课程整合等新教育模式，着力提升学生的创新意识、思维能力[3]。不难看出，我国在探索教育信息化的道路上，也同样强调基于STEAM的跨学科教育对培养具备21世纪核心素养能力的创新型人才的重要影响。
与传统单科课程中的内容构成不同，科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）五部分构成了STEAM。它强调跨学科教学的教学模式，重视对现有课程和教学体系的重塑，通常借助项目设计的形式来培养学习者的创新能力与实践能力，是一種面向未来的教育理念。
物理学科范畴中，STEAM教育并非是史无前例的概念创新，而是中学物理课程标准中STS（科学、技术与社会）理念随时代发展的智能化演变。STS教育一直倡导物理教育要适应环境的变化，但是却没有提出具体的实施途径建议与多变的环境进行相应的匹配。而STEAM教育在指出了科学教育改革方向的基础上，还提供了基于问题或者项目驱动的PBL（Problem Based Learning或者Project Based Learning）的具体学习模式[4]。
综上所述，STEAM课程应用于初中物理教学是具备一定融合基础的，二者在目标以及教学方式上并不矛盾，且存在紧密联系，有利于帮助学生打破单一学科知识体系的束缚，在做中学，培养他们跨学科问题解决能力以及整体思维[5]。与此同时，在课程的实施过程中也对教师的教学研究胜任力提出了较高的要求。但通过文献研究法发现，中学物理教师对新课改理念的理解存在差异，采取探究式教学方式的教师不多。教师过分注重学生的知识学习和积累，轻视知识的建构活动。本研究针对初中物理教学现状进行了分析，并结合STEAM教育与物理学科融合的理论基础，设计了一堂案例课程。
二、STEAM教育理念
STEAM教育是一种通过整合科学、技术、工程、艺术和数学领域内容，指引STEAM学习的途径和方法[6]，强调跨学科间的有机融合，以此来促进学生创新和实践能力的提升。STEAM教育认为这五个学科在人们认识与改造世界的过程中扮演着各自重要的角色：人们借助科学认识世界的规律;利用工程与技术来根据社会需求改造世界;通过艺术将世界以美好的形式呈现;利用数学为发展与应用科学、工程、艺术和技术提供思维方法和分析工具[7]。
与传统的注重单一学科的教育理念不同，STEAM教育更加强调跨学科融合的多维性，坚持以学生为中心，以真实的问题项目实践为导向，注重教师作为引导者去引导学生站在跨学科思维的角度，尝试解决现实情境中真实问题的重要作用。在这一教育理念下，学生可以试着突破传统教育中死记硬背的桎梏，并且在团队合作解决问题的过程中，不断提高问题解决和逻辑思维的创新能力以及团队协作的集体意识。
STEAM教育理念具有情境性、真实性、协作性、体验性等方面的特点，能够为课程设计与教学提供更多的优势，并且STEAM教育理念所强调的跨学科间的融合对学生的综合素质发展，以及学科的理解和应用有着更深刻的认识。该理念强调知识与能力并重，不同学科间的知识迁移能力，倡导问题解决和项目式驱动，以解决实际情境问题培养学生的综合能力[8]，充分体现做中学的特点，实现“要我学”到“我要学”的转变。
三、初中物理教学现状
1.讲授式课堂成为课堂教学的常态
目前在初中物理教学过程中，以教师为主体的讲授式教学模式依然是现实教学过程中的常用模式。在这种传统教学模式下，知识只是一味地灌输给学生，被看成是固定的、教条性的理论，而教师的主控权占有很大比例。在教学过程中，教师更关注知识本身，而将物理知识与实际生活进行相互联系的模块还不完善，使得具有贴近生活情境天然优势的物理学科存在与生活脱节的现象。由于教师的教学理念与教学方式和时代潮流不符，注重填鸭式教学，学生对知识的理解还是处于浅层，未能达到深度学习的目标，无法做到将所学知识进行深度自我建构，长此以往容易引发学生对待学科学习的消极情绪。
2.实验设备和教学意识的差异性
实验是物理学科中的重要组成部分，通过参与实验的过程，学生能够在一定情境中体验知识的建构，体会科学的严谨性以及逻辑性，并不断提高科学探究能力，进而激发求知欲望。但是在基础教育阶段的实验设备条件整体较差，导致学生能够接触到的设备有限，参与的实验次数偏少，大多以教师演示型为主。此外，教师对待做实验的态度也存在一定的偏差，主观能动性不够。大部分教师认为实验过程会耽误上课进度，会浪费宝贵的课堂时间，在做实验期间教学控制力约束较弱，容易造成教学场面的失控，导致部分教师上课过程中，对培养学生的动手实践能力方面有一定程度的忽视。
3.重视做题能力而忽视问题解决能力
在传统教学中，教师更加偏重于利用试卷的形式进行物理知识的考查。在反复的高强度训练下，学生的做题能力很强，但是在运用所学物理知识融入到生活情境解决实际问题的能力却处于比较弱的状态。在强调核心素养的教育时代，单纯只会做题的能力并不符合时代要求，核心素养中提出的要求是：要激起学生解决问题的兴趣，引导他们有意识地提出并且发现问题，且能依据特定的情境和实际的条件来选择并制定合理的解决方案。在实际教学过程中，应试教育思维比较严重，学生熟记物理规律和物理概念，但是面对实际问题时往往束手无策，不知该如何下手。
四、STEAM教育理念下初中物理教学路径
文献研究发现，STEAM教育在与其他学科的融合过程中缺乏专职的STEAM教师，大部分学校的STEAM课程都是由其他科目的教师进行临时替岗。教师对STEAM教育理念的理解还处于浅表层，大多以为STEAM教育所提倡的跨学科知识教学只是对各个学科的简单堆砌，由此引发STEAM教育的课程开发和教材设计存在着理念上的偏差。虽然部分拥有创客空间的学校教师已经在STEAM教育方面取得了比较好的效果，但是由于不同区域学校间设备的差异性问题，无法形成可供推广、进行广泛复制的STEAM教育经验。
1.开发STEAM教育的校本教材
教材是广大一线教师进行STEAM教育课程实施的重要资源，所以学校应从各个学科中挑选出骨干教师成立STEAM教育教材开发团队，集体探讨各科内容编排的顺序和逻辑条理性，确保学生在进行某个项目实践的过程中，不会因为其他学科知识技能的缺失而对物理学科知识的学习形成阻碍，即确保学生在学习的过程中基础知识结构不会出现缺失的现象。在开发教材的过程中，开发团队应结合学校自身的硬件设施状况和师资水平，选取适合的项目主题内容编入校本教材，并且教材还需在不断的实践过程中进行修正和完善。
2.肯定有效失败的教学意义
受應试教育思维的影响，学生在学习的过程中一直被所谓的标准答案限制，但其实答案应该是多样性的，在STEAM教育理念下鼓励营造开放的课堂氛围，鼓励学生迎接挑战、勇于尝试、不惧失败，让学生有种“放松的警觉”去探索新的思想和联系，提倡答案的多样性[9]。学生只要积极参与实践探究的过程，积极地与团队成员进行交流互动，在主题学习的过程中使自己各方面的综合素质和技能得到有效锻炼，最终得出的学习成果即使并不是那么的尽善尽美，也可看作是有效学习的发生。初中物理作为一门探究性的学科，同样也应倡导答案的多样性，肯定学生在实践过程中失败经验的积极教学意义。
3.平衡学生主体与教师主导的课堂关系
在传统的教学方式下，教师对知识的讲授占据了整堂课的主要部分，学生全程只是充当着被动倾听者的角色，而在STEAM教育理念下，教师的讲授时长大大缩短，教师充当着引导者和组织者的角色，学生可以在小组探究的过程中，借助自主查阅资料的方式来获得知识的建构。借助这种方式，学生掌握知识、得出相关结论的周期会比单纯以教师讲授的方式要长，但在知识理解的效果方面却更加深刻。所以在物理教学中，急需转变教学理念，落实以学生为主体的教学方式。开展教师对STEAM教育理念认识的相关培训，同时也要在培训过程中引导教师进行STEAM教育融入初中物理教学的相关研究，以便能更好地促进物理教学改革，提高物理教学质量与效率。
4.基于跨学科理念重塑初中物理教学内容
综合性、跨学科融合是STEAM教育的重要特征，基于这一特征，在整合课程开发和实施方面，要求教师采用一体化的教学和学习方法。智能时代，STEAM教育强调淡化学科之间的界限，融合多学科的知识与技能解决问题。物理教学可以适度穿插科学技术内容，以物理知识为背景，适当地提及背后与之相关的科学技术。例如，在人教版八年级物理“声现象”这一单元中，可以通过学生动手制作乐器的方式，来了解声音的三要素：响度、音调、音色三者的含义与作用，同时在制作乐器的过程中能够提升学生的音乐素养，学习到一些相关的乐理知识，这样有助于学生艺术素养的培养。
在工程设计中也涉及到了一些物理学原理，教师可以借助一些比较典型的工程案例让学生进行分析，比如，在学习圆周运动的知识时，可以先让学生亲身体验一下坐过山车的感受，然后将过山车的工程模型转化为竖直平面内的变速圆周运动物理模型，分析过山车过程中的力、能量、运动多个方面的知识并进行融合贯通，借助团体协作的方式完成过山车项目的设计，从而培养学生综合运用物理知识解决工程实际问题的能力和工程设计能力[10]。
在学习浮力相关的知识时，为了加强学生对浮力现象的直观感受，教师可以引导学生对孔明灯和热气球能够升空的原理进行分析，然后让学生使用相关材料进行创意孔明灯的制作;而针对平面镜方面的知识，可以利用学生喜欢魔术的好奇心理，让学生分析平面镜成像原理，先让学生模仿制作，然后再进行自我创新。
5.制定科学全面的评价指标体系
STEAM教育与物理学科的融合仍处于初期的发展阶段，针对融合后的课程效果评价与传统物理教学过程中的教学评价有所不同，借助形成性评价的持续性开展教学效果更好。相对以往的纸笔测试而言，STEAM教学的关注点聚焦于学生实际的学习能力，借助更加多元化的形式来增强学生的问题解决能力。学生综合能力的提升，也反映在学习兴趣、情感、意志等非智力因素向积极的方向转变[11]。
融入STEAM教育理念的评价方式应该是多元、持续性、个性化的。评价主体包括教师、学生甚至是家长，评价的内容不仅仅局限于物理学科的相关知识，还应包括实际问题的解决和迁移能力以及小组间的协作能力等全方位的内容。在针对学生个体方面，还应设置针对学生个体的评价指标，以便学生了解自己的表现情况，为后期课程的开发和完善，提供更加具备可操作性的指标。
五、STEAM教育理念下的初中物理教学设计
融入了STEAM教育理念的教学设计与传统教学设计的不同之处在于：从教学目标的设定来看，注重学生跨学科的综合能力培养，给予学生更多的学习主动权以及动手实践的机会;从教学过程的设计来看，将所学的物理知识贯穿于整个项目实践过程，培养学生运用所学知识解决真实情境问题的能力以及组间协作交流能力;从教学评价的设计来看，多元主体的参与使得评价更加全面、评价内容更加广泛，不仅仅包括理论知识的掌握情况，还包括项目实践成果的完成度以及组间交流的合作情况等。
本研究针对人教版八年级物理“透镜及其应用”单元中的“自制照相机”内容进行教学设计，以学生生活中的拍照经历作为切入点，引导学生思考透镜在照相机中扮演的角色，并激励他们利用所学透镜知识自制简易版的照相机，在最后的规律总结阶段提倡多样的总结形式，比如作图法、游戏法、口诀记忆法等。在评价阶段采用教师学生共同参与的形式，评价内容包括：相关概念思维导图绘制的完整度以及照相机图纸的设计感、最终成品的美观度以及材料的易获性等。
1.教学对象分析
八年级的学生理性思维较弱，对概念的理解有所欠缺，但是学生动手实践的欲望强烈，对新生事物有浓厚的探究兴趣，渴望掌握知识。他们刚刚学习了透镜的内容，对凸透镜、凹透镜和透镜的焦点焦距等基本概念有了一定的认识，有进一步探知透镜成像原理的需求，可以实现这个活动的学习目标。其次，处于八年级的学生具备一定的信息收集查找应用的能力，能够借助网络搜寻信息解决问题。
2.教学内容与教学目标分析
（1）教學内容的分析
案例内容选自人教版八年级物理“透镜及其应用”单元，该部分是初中光学部分的重点内容，涉及的规律繁多，变化相对复杂，既是前面所学的光的折射内容的进一步延伸与细化，也是“折射”现象到应用的转变。如何将透镜成像的规律进行清晰有条理的呈现，是这部分的重点和难点内容。
（2）教学目标分析
STEAM教育理念提倡整合式的教学方式，重视培养学生在掌握基础知识技能的同时，能进行灵活迁移解决真实问题的能力。以项目化的形式融入到问题当中，在解决问题的同时也将学习任务完成，从日常的学习过程中为发展科学、技术、数学、工程等方面的能力夯实基础。可以项目式学习“自制简易照相机”为例，在物理学科教学中融入STEAM教育理念，将物理学科中的知识与科学、技术、数学、工程、艺术等知识进行有机融合，使学生在学习物理知识的同时，培养系统思维，提高艺术审美等方面的能力，充分利用物理学科实践性强的特点，做到使物理生活化，让有意义的学习真正发生。本研究从融合STEAM教育理念的角度，对该学习活动的教学目标进行了分析。完成这一学习活动中涉及的STEAM知识能力结构部分如图1所示。
3.教学过程设计
（1）创设情境，导入项目主题
教师在课堂上播放用放大镜、照相机、投影仪成像的动画，请学生仔细观察看到物品的形状特点。提问学生这些物品同样带有凸透镜，但为什么我们看到的效果会有差别呢？教师提示学生结合自己拍照时的经历进行思考。
学生仔细观察动画，并各自提出自己的猜想，结合自己在生活中的拍照经历，会很容易想到与焦距有关。
设计意图：引入学生的生活经验进行猜想，激发学生的学习兴趣，引起他们对问题的思考，从而引导学生通过自制照相机的过程来探究规律。
（2）提出任务，分析项目问题
教师提出任务：以小组合作的方式制作一个能看清楚图像的照相机;给出任务的一些具体要求，比如材料选取的容易度;照相机模型的外观设计、图纸设计的尺寸大小等，并尝试用不同的方式呈现成像规律。
学生自由分组，讨论制作选用的材料以及如何设计外观等问题。
设计意图：教师给出制作的具体内容和要求，能够让学生有目的地制订接下来的项目计划。
（3）执行任务，开展项目
学生在实际操作中尽量实现独立制作任务，同时教师也要适时提供指导，事先可以提供给学生一些辅助性材料作为参考模板，其次是注意进行阶段性评价，不断对实际操作过程中出现的问题进行解决与修正。
①完成导学清单
教师提供导学清单、照相机、凸透镜、毛玻璃、课本、可以上网的电脑等材料，学生借助相关资料以小组合作的方式按时完成任务，并在组内进行交流，分享各自收集到的信息并进行汇总，教师进行补充纠正，如表1所示。
②思维导图的制作
教师先示范如何用Xmind绘制有关照相机组成部分的思维导图，照相机构造如图2所示，借此引导学生学习思维导图的用途与制作方法。接着以“透镜及其应用”这一单元的知识点为主题，学生自由绘制思维导图，如图3所示。绘制完成后小组间相互沟通，对思维导图进行完善。教师进行巡视观察学生的完成情况，并适时给予指导。
③制作照相机的设计图
教师展示一些制作好的样本、相关的制作材料（如米尺、小刀、胶水、胶布、铅笔、剪刀、凸透镜、毛玻璃等材料），为学生搭建好相关的脚手架，培养他们的创新能力。
学生依据绘制好的照相机结构思维导图对其结构有一定了解，开始进行组内讨论绘制草图的任务，确定设计图纸的尺寸。然后以小组为单位将设计图在全班进行展示，共同对方案进行可行性分析，不断对方案进行完善。
④制作项目进度表
教师引导学生思考制作步骤，组间相互讨论制定出进度表，然后开始进入制作阶段。教师进行巡视指导，仔细观察发现学习能力强的学生，并鼓励他去帮助解决其他组遇到的问题，充分发挥学生的自主学习能力;学生对实践过程中遇到的问题进行记录，然后汇报各个阶段的进程，如表2所示。
⑤凸透镜成像规律的总结
教师引导学生根据制作过程的收获，按照方便理解记忆的原则对成像规律进行总结展示，形式不限。比较常规的方式是作图法，如图4所示。其次是口诀记忆法，学生进行一些简单口诀的编制，如凸透镜成像，远缩小近放大;物近像远大，物远像近小;物远成实像，倒立缩小放大，物近成虚像，正立虚像放大。也可利用学生对游戏的痴迷程度，通过游戏的方式进行规律的总结。比如让学生在黑板上画出凸透镜、主光轴、焦点、二倍焦距的位置，一个学生拿着卡片1站在凸透镜一边的任意位置，另外一名学生找出相应的卡片站在另一边，完成一次成像。其他学生根据他们的位置关系说出成像规律。
设计意图：通过小组合作的方式，借助“自制照相机”的实践活动，将透镜单元的知识融入项目活动中，实现知识的灵活应用。
（4）成果展示
学生对自己的成品进行展示并分享在学习过程中的收获，内容包含图纸的设计、最终的成品、制作过程中小组人员的任务分工以及如何协调组间关系等。
设计意图：通过分享培养学生的语言表达能力。
（5）评价与改进
多元全方位立体化的评价有利于学生及时发现问题，在成品改进的过程中，引导学生从艺术和实用层面着手，通过艺术与工程方面的改进，最终的成品更加有益于培育具有创新思想的人才，如表3所示。
（6）项目反思体会
在制作照相机的过程中，应突出对学生技术意识和工程思维的强化。项目实施过程中教师要观察学生在技术方面的掌握情况和存在的问题，给予他们更多的动手实践机会，关注学生在数学、技术、工程、艺术等方面的表现[14]，而不仅仅是停留在表层的知识理解层面。
六、结语
物理学科是一门注重实践性的学科，强调学生探究性思维能力的培养。但是在应试教育的思想禁锢下，教师过度讲解的现象普遍存在，学生大都处于被动接受的消极状态，虽然学生的做题能力被训练得很好，但是在运用物理知识进行创新性、批判性思考问题的能力方面却处于弱势地位。STEAM教育理念加入到初中物理教学过程，给予了学生更多的动手实践机会，能够培养学生运用多学科知识综合分析，从系统的全局角度审视方案，并且用严谨的科学态度对方案的可行性进行验证，用精细的技术操作完成方案制作的能力，以及强化学生主动学习的意识和与人沟通交流的能力。
以透镜成像的知识学习为例，在传统的教学模式下，大都是教师利用器材进行演示，学生在一旁进行观看，学生的参与性并不高。而在STEAM教育理念下，可以引导学生在学习知识点的同时完成一个作品的制作，将作品制作与学习积极性进行结合，提升自我效能感。同时，学生也在不断探究的过程中对相关知识点掌握得更牢固。为了使STEAM教育能够更好地与物理学科进行融合，教师还需更新教育理念，组建STEAM课程资源的开发团队。总而言之，STEAM教育融入物理教学是智能时代的必然产物，也是未来物理教育发展的美好前景。
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[13]透镜及其应用思维导图[DB/OL].https：//pic.sogou.com/pics？st=255&from=vr&query=透镜及其应用思维导图&rawQuery=透镜及其应用思维导图.
[14]张孟影，甘晓雯，袁海泉. STEAM教育理念下的项目教学设计——以“自制吉他”为例[J].中小学数字化教学，2019（5）：63-66.
（编辑：李晓萍）
光学论文范文第4篇
定义：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。
色温度以绝对温度 K 来表示，是将一标准黑体(例如铂)加热，温度升高至某一程度时颜色开始由红、橙、黄、绿、蓝、靛(蓝紫)、紫，逐渐改变，利用这种光色变化的特性，其光源的光色与黑体的光色相同时，我们将黑体当时的温度称之为该光源的色温度。以绝对温K(Kelvin，或称开氏温度)为单位(K=℃+273.15)。因此，黑体加热至呈红色时温度约527℃即800K，其温度影响光色变化。
光色愈偏蓝，色温愈高;偏红则色温愈低。一天当中光的光色亦随时间变化：日出后40分钟光色较黄，色温约3000K;正午阳光雪白，上升至4800-5800K，阴天正午时分则约6500K;日落前光色偏红， 色温又降至约2200K。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具有相同色温值的两种光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅凭色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现程度如何。
黑体的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。 北方晴空 8000-8500k
阴天 6500-7500k
夏日正午阳光 5500k
金属卤化物灯4000-4600k
下午日光 4000k
冷色荧光灯 4000-5000k
高压汞灯 3450-3750k
暖色荧光灯 2500-3000k
卤素灯 3000k
钨丝灯 2700k
高压钠灯 1950-2250k
蜡烛光 2000k
一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K(开尔文温度单位);钨丝灯为2760-2900K;荧光灯为3000K;闪光灯为3800K;中午阳光为5600K;电子闪光灯为6000K;蓝天为12000-18000K。
光源色温不同，光色也不同，色温在3300K以下有稳重的气氛，温暖的感觉;色温在3000--5000K为中间色温,有爽快的感觉;色温在5000K以上有冷的感觉，不同光源的不同光色组成最佳环境。
<3300K 温暖(带红的白色) 稳重、温暖
3000-5000K 中间(白色) 爽快
>5000K 清凉型(带蓝的白色) 冷
色温与亮度：高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴冷的气氛;低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。
光色的对比：在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。
亮度：指的是人在看到光源时，眼睛感觉到的光亮度。亮度高低决定于光源产生光的能力。亮度符号 L，单位nite( cd/m2)，其中cd为光强的单位，1cd代表1烛光，即一根标准蜡烛的发光能力。单位面积上的烛光越多，则代表发光能力越强，亮度越高
照度：指的是光源照射到周围空间或地面上，单位被照射面积上的光通量。照度符号 E，单位LUX (lm/m2)，其中lm是光通量的单位，1lm代表1cd的光源在一个单位立体角内的光通量。单位被照射面积上的光通量多，照度就高。
亮度与照度：
关联点是：影响光源照度和亮度高低的物理量是相同的，即光通量
不同点一：影响光源亮度的光通量，是光源表面辐射出来的总光通量的多少，光源的发光能力越强，辐射出的总光通量越多;
不同点二：影响光源照度的光通量，是光源被辐射到被照面(如墙壁、地面、作业平台)上的光通量的多少。
不同点三：两者位置不同，受外界影响因素也不同。同一只光源，光源表面辐射出来的光通量被辐射到被照面(如墙壁、地面、作业平台)的光通量，在数量关系上是不等的。
物理意义
亮度形容的是光源的发光能力
照度形容的是被照物体所受到的光通量的大小 即，同一个光源的亮度是固定的，但是对同一个物体在不同距离产生的照度是不一样的
光强度(luminous intensity)
是光源在单位立体角内辐射的光通量，以I表示，单位为坎德拉(candela，简称cd)。1坎德拉表示在单位立体角内辐射出1流明的光通量。
光通量φ流明Lumen(lm)
是由光源向各个方向射出的光功率,也即每一单位时间射出的光能量
色彩：
色彩深度又叫色彩位数，即位图中要用多少个二进制位来表示每个点的颜色，是分辨率的一个重要指标。常用有1位(单色)，2位(4色，CGA)，4位(16色，VGA)，8位(256色)，16位(增强色)，24位和32位(真彩色)等。色深16位以上的位图还可以根据其中分别表示RGB三原色或CMYK四原色(有的还包括Alpha通道)的位数进一步分类，如16位位图图片还可分为RGB565，RGB555X1(有1位不携带信息)，RGB555A1，RGB444A4等等。
色彩空间：(YUV 、YIQ 、YCbCr)
YUV模型用于PAL和SECAM制式的电视系统;YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转;YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间，主要用于数字电视系统中;
这三者与RGB转化公式：
RGB -> YUV：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B,U = -0.147R0.515G0.275G0.523G + 0.311B
RGB -> YCbCr：
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, Cb = -0.169R0.419B - 0.103B 从公式中，我们关键要理解的一点是，UV/CbCr信号实际上就是蓝色差信号和红色差信号。 我们在数字电子多媒体领域所谈到的YUV格式，实际上准确的说，是以 YCbCr色彩空间模型为基础的具有多种存储格式的一类颜色模型的家族(包括YUV444 / YUV422 / YUV420 / YUV420P等等)。在Camera Sensor中，最常用的YUV模型是 YUV422格式，因为它采用4个字节描述两个像素，能和RGB565模型比较好的兼容。有利于Camera Sensor和Camera controller的软硬件接口设计。
人造光源：
1.D65 国际标准人工日光(Artificial Daylight)色温：6500K 功率：20W
2.TL84 欧洲、日本、中国商店光源色温：4000K 功率：18W
3.F 家庭酒店用灯、比色参考光源色温：2700K 功率：40W
4.UV 紫外灯光源(Ultra-Violet)波长：365nm 功率：20W
5.CWF 美国冷白商店光源(Cool White Fluorescent)色温：4150K 功率：20W
6.U30 美国暖白商店光源(Warm White Fluorescent)色温：3000K 功率：18W
7.TL83标准光源，欧洲厨窗灯、部份客户指定用商店光源色温:3000K，
算法：
1 .白平衡算法：
在相机拍摄过程中，很多初学者会发现荧光灯的光在人看起来是白色的，但用数码相机拍摄出来却有点偏绿。同样，如果是在白炽灯下，拍出图像的色彩就会明显偏红。人类的眼睛之所以把它们都看成白色的，是因为人眼进行了修正。如果能够使相机拍摄出的图像色彩和人眼所看到的色彩完全一样就好了。但是，由于 CCD/CMOS传感器本身没有这种功能，因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正，这种修正就叫做白平衡。
色温对于相机而言就是白平衡的问题。在各种不同的光线状况下，目标物的色彩会产生变化。在这方面，白色物体变化得最为明显：在室内钨丝灯光下，白色物体看起来会带有橘黄色色调，在这样的光照条件下拍摄出来的景物就会偏黄;但如果是在蔚蓝天空下，则会带有蓝色色调。在这样的光照条件下拍摄出来的景物会偏蓝。为了尽可能减少外来光线对目标颜色造成的影响，在不同的色温条件下都能还原出被摄目标本来的色彩，就需要相机进行色彩校正，以达成正确的色彩平衡，这就称为白平衡调整。
白平衡调整就是试图把白色制成纯白色。如果这个最亮的部分是黄色，它会加强蓝色来减少画面中的黄色色彩，以求得更为自然的色彩。相机只要在拍摄白色物体时正确还原物体的白色，就可以在同样的照明条件下正确还原物体的其他色彩。
2. ISO：
ISO感光度的高低代表了在相同EV曝光值时，选择更高的ISO感光度，在光圈不变的情况下能够使用更快的快门速度获得同样的曝光量。反之，在快门不变的情况下能够使用更小的光圈而保持获得正确的曝光量。因此，在光线比较暗淡的情况下进行拍摄，往往可以选择较高的ISO感光度。当然，对于单反相机而言还可以选择使用较大口径的镜头，提高光通量。而对于一般数码相机因为采用的是固定镜头，惟有通过提高ISO感光度来适应暗淡光线情况下的拍摄，特别是在无法使用辅助光线的情况下。
夜景拍摄常常使用较小的光圈和较长的曝光时间，假如选择较高的ISO感光度必将不可
避免的产生噪点和杂色。这时可以使用三脚架，有可能的再使用快门线，选择较低的ISO感光度就可以避免噪点和杂色的产生。
Lux
光学论文范文第5篇
1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是：390-760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1300nm，1550nm三种。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类：
1.光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层： 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径：
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类：
A. 按光在光纤中的传输模式可分为： 单摸光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模 光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。
B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。
常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300 μm。
色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。
C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。
突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
4.常用光纤规格：
单模： 8/125μm，9/125μm ，10/125μm
多模： 50/125μm 欧洲标准，62.5/125μm 美国标准
工业，医疗和低速网络： 100/140μm， 200/230μm
塑料： 98/1000μm 用于汽车控制。
三.光纤制造与衰减：
1.光纤制造：
现在光纤制造方法主要有：管内CVD(化学汽相沉积)法，棒内CVD法，PCVD(等离子体化学汽相沉积)法和VAD(轴向汽相沉积)法.
2.光纤的衰减：
造成光纤衰减的主要因素有： 本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。 本征： 是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
弯曲： 光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。 挤压： 光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质： 光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
不均匀： 光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接： 光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
四.光纤的优点：
1. 光纤的通频带很宽。理论可达30亿兆赫兹。
2. 无中继段长。几十到100多公里，铜线只有几百米。
3 不受电磁场和电磁辐射的影响。
4. 重量轻，体积小。例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量8 吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸，重量450P/KM。
5. 光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。
6. 使用环境温度范围宽。
光学论文范文第6篇
无自发光性质的液晶材料已被广泛应用在如电视、电脑、手机等不同尺寸的液晶显示器上, 而为了达到显像之目的, 必须搭配光源照射液晶。由于光源一般置于液晶面板之后, 所以称背光, 而面板之后包含光源的所有元件总成称为背光模组。背光模组包括光源和反射及折射的光学装置, 依据光源位置的不同, 背光模组一般可分为侧光式及直下式) 两种。侧光式背光模组一般常用于中小型显示器, 如笔记本、PDA及手机萤幕等。导光板之功能主要是将侧边的光线导向正面之视线方向, 并达到亮度均匀之效果。导光板为侧光式背光模组的关键组件, 其主要之功用是将光线由边缘导向视线方向, 故为侧光。为达到高亮度及亮度均匀之要求, 导光板之光学设计就显的格外的重要, 目的是希望借由光学设计之手段将集中于边缘之光线借由导光板均匀地导到整个平面视角。一般在导光板设计, 我们常可发现三种常使用之方法, 分别为一, 狭窄化方法, 这是一般导光板为何一般采用楔形形状之原因, 在不同灯管的配置下楔形的形状也有不同。二, 微结构方法, 即在导光板上下表面加入一些锯齿或半圆形之微结构, 在狭窄化及微结构方法中一般是是使用射出成型之方式来制作。三, 扩散点, 为一般导光板所使用之网点, 网点的制作一般是利用网版印刷方式来印制, 这些扩散点是由高反射率且不吸收光之颜料所制成。扩散点不均匀地分布在导光板下边, 在靠近光源导光板比较近处之扩散点分布密度较疏而且网点比较小, 远离光源导光板较远处之扩散点分布较密且网点较大。
2 背光模组光学设计原理
2.1导光板光学原理
一般导光板材料为压克力, 其折射系数大约1.48, 所以相对之全反射之临界角大约为42度要入射角大于42度时光线就会发生全反射之现象, 即使入射光线是打在透明的面上, 利用棱镜面全反射的例子。这是在全反射中特别要注意的, 即使在透明的面上, 利用全反射原理也能将光线反射在导光板的应用中也常会利用到。
以下介绍导光板设计中常用的三种方法。
(1) 狭窄化方法。
楔形导光板是比较常见的导光板形状, 其采用楔形形状之主要目的也是靠导光板形状的改变来破坏全反射。由此光源打入导光板中之光线称为入射光。入射光与上下压克力板之法线夹角大于42度, 由前面讲的全反射原理, 此光线会在压克力介质中来回的依照入射角等于反射角的定理作全反射, 使光线在导光板中传递。当光线遇到狭窄的上下表面时, 入射角与上表面法线 (或下表面) 之间的夹角, 即入射角, 会因逐渐狭窄之表面而变小。当其入射角小于全反射临界角时, 光线即从狭表面透出, 因其全反射条件被逐渐变小的入射角被破坏, 达到照明之效果。由于远离光源端之光线强度比较弱, 所以一般的导光板在远端面的厚度比较薄, 而近光源端的厚度比较, 一边厚一边薄之形状称为楔形板。
(2) 微结构方法。
在导光板之上下表面加入微结构为导光板中常用之方法, 一般又分为上表面微结构法及下表面微结构法两种。其所采用的原理各不相同。在上表面微结构法中主要采用的原理与前述狭窄化方法类似, 利用导光板几何形状的改变而破坏全反射, 光线路径随加入微结构而改变其入射角, 并使入射角变小, 破坏全反射而使光线射出导光板。上微结构法除采用在导光板之设计中外, 也采用背光模组棱镜的设计, 因为其有限制射出光线角度, 提高正面亮度之功用。除在上表面加入微结构外, 也会在导光板底部加入微结构, 达到增加光线的穿透性。然而在底部加入微结构与上表面加入微结构所应用之原理并不相同。在底部加入微结构主要想是利用斜面之全反射性质, 将入射至底面之光线反射至视角方向, 如以平行于底面之光线为例, 如其射线与斜面法线方向之夹角大于42度, 光线即将被该斜面反射至视角方向, 光线进入第二个斜面继续反射与折射的动作, 如以平行光线为例, 欲造成全反射之锯齿角度, 该入射角 (90-θ) 应大于42度, 即θ需小于4 8度时该斜面才具有全反射之能力。
(3) 加入扩散点方法。
在导光板底部会加入大小不一的扩散点, 并以不同密度分布在底面。扩散点的材料一般为具有高反射率之油墨材料, 以网点印刷之方式印在底面。扩散点之所以能将光线导出是利用散射原理, 将其入射光线散射后, 而穿透出导光板表面, 入射光线, 光线射至扩散点时, 将一条光线散射为多条光线, 这些被散射之光线, 当其入射角皆小于全反射临界角度时, 光线即透出导光板;而散射光线之入射角度仍大于全反射临界角之光线继续反射, 直至遇到下一个扩散点, 重复其散射过程。由于靠近灯管附近之光强度比较强, 所以在靠近光源之底面导光板的网点密度比较低, 且网点比较小而远离。光源之底面导光板的密度比较高且网点比较大。这样分布的主要目的是希望, 将光源强度比较强部分的部分散射较少的光线;而光源强度较弱的部分散射较多的光线, 来达到亮度均匀的要求。
3 结语
本人2006年大学毕业就从事显示器背光模设计, 到现在将进4年半, 其发展过程以及人们对设计概念的优化无不体现了技术科技日新月异。
由于时间以及能力以及其他限制, 本文不可避免地存在一些不足。
摘要：本文主要介绍侧光式背光模组的光学设计方法, 这些方法包括有狭窄化方法、微结构法以及加入扩散点方法用于导光板中, 其中在微结构方法中又分上锯齿微结构以及下锯齿微结构。这些方法之所应用原理在于几何光学中的的全反射原理。在狭窄化方法、上锯齿微结构及扩散点方法中主要是希望破坏全反射条件而使光线导出。而在下锯齿微结构中是利用全反射原理将光线由下而上导出。我们发现狭窄化、上锯齿微结构及扩散点三种方法之最大表面透出功率大约在相同之范围中。虽然下锯齿微结构之表面透出功率最高, 但是, 在均匀度方面之表现非常的差。此外, 由于光线之透出率对微结构之角度具有极敏感之特性, 如欲以角度来控制透出功率之均匀性是一件不易达成之事, 且加工不易。相较于微结构法, 扩散点方法在控制均匀度方面及制造加工上就较微结构法来的容易, 是一简单又亦达成均匀度控制之方法。