开放式创意光机电设计学程.docx
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开放式创意光机电设计学程
附錄
開放式創意光機電設計學程
課程大綱
本「開放式創意光機電設計學程」中之光、電部份的課程特別著重在電腦與機械機器的感測與驅動介面的整合實作應用，而課程整體的規劃則以光機電整合系統之設計、組立與校正為最終目標。
本學程之定位與資訊電機學院的課程有明顯的市場區隔。
本計畫所包涵的機械基礎以外之特殊課程如下，其大綱條列於後：
1.數位邏輯設計與實驗葉則亮負責，一上3學分+1學分3小時實驗，
2.程式設計鄔蜀威、潘敏俊、曾清秀、吳俊諆、等老師負責，一上3學分+計中實作
3.機器與儀器導論蔡錫錚陳顯禎江士標等合作教學，3學分
4.微控制器江士標負責、3學分+1學分3小時實驗
5.網管訓練葉則亮負責、3學分+1學分3小時實驗、（寒暑假集訓、實作，下一學期中給予學分）
6.計算機輔助之實驗方法葉則亮負責、2學分+1學分3小時實驗
7.電路電子與實驗葉則亮陳顯禎黃衍任羅吉昌等教授輪流負責、3學分+1學分3小時實驗
8.應用電子學與實驗葉則亮負責、3學分+1學分3小時實驗
9.機電介面江士標負責、3學分+1學分3小時實驗
10.數位訊號處理微電腦與實驗江士標負責、3學分+1學分3小時實驗
11.自動控制與實驗黃衍任江士標陳顯禎葉則亮輪流負責、3學分+1學分3小時實驗
12.工程光學I&II陳顯禎負責、3學分+1學分3小時實驗
13.光機電整合設計及專題蔡錫錚江士標陳顯禎負責協同教學，其他各老師合作指導，3學分
14.開放式創意機械設計I&II蕭述三負責，2學分+1學分3小時實習
15.工程設計導論與機械造型設計原理蔡錫錚負責、3學分+1學分3小時實習
課程名稱
數位邏輯設計與實驗（本課程為已在開發改進中的課程）
授課老師
葉則亮
學分數
一上3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
1.以知其然、實作經驗為主、啟發/要求自發性探討、學習。
2.每個實驗給功能規格、功能方塊、及電路圖，要求觀察紀錄的訊號、該思考並回答的問題，並報告自發探討的問題、自發設計與嘗試的點子、及自發查詢的資料。
課程內容：
1.TTL邏輯電路元件、邏輯狀態與關係、輸入/輸出電壓的關係（類比->數位）。
2.邏輯設計、感測介面與驅動電路、加法器、實例：
水位控制系統、各種輸入輸出型式之應用（OpenCollector、tristate、Schmidttrigger、edge/leveltrigger）。
3.Sequentiallogic：
狀態及瞬態分析、實作、觀測.Flip/Flop之運用、計數器、PRBS計數器。
4.Buscontrol：
ADC控制電路、數位電壓錶、七節管、類比接地與數位接地、接地雜訊。
5.用電腦程式讀取之協定。
6.CPLD之介紹與實用、軔體計數器與微處理器的分工、系統設計規劃、分工合作。
7.ISAPC介面設計：
addressdecoding、PWMpreload（Ⅰ、Ⅱ）。
8.ISAPC介面設計：
DMA傳輸模式介面電路設計（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。
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課程名稱
程式設計（本課程為已經試教完成的成熟課）
授課老師
鄔蜀威、潘敏俊、曾清秀、吳俊諆
學分數
一上3學分+計中實作
課程目的及簡介：
不只以會用電腦、會上網查資料，需要會寫程式才算是能”從無到有”的工程師。
課程內容：
1.計算機中心之實作：
DOS系統介紹、電腦入門、文書處理、網路資源。
2.C或FORTRAN程式語言：
模擬碼pseudocode、計算方法algorithm、數據表示法data、數列array、運算子operators、程式執行順序的控制、函數function&副程式subroutine、指標pointer、檔案的處理、唯讀記憶體中的基本輸出輸入功能的中斷程式的應用PCROMBIOSinterruptcalls。
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課程名稱
機器與儀器導論（本課程為尚未試教的新課程）
授課老師
蔡錫錚、陳顯禎、江士標
學分數
3學分
課程目的及簡介：
本課程是配合本計劃新規劃的實驗性課程，主要針對大學一年級之新生而開設，使學生及早接觸機械系統實務，並具備動手做的經驗。
以便建立傳統理論分析課的實務鷹架。
課程內容：
課程整體將區分成：
「課堂講演」，「機器、儀器實物拆解、觀察與報告」，「工廠參觀」三部分。
1.課堂講演將以機器發展史為主軸，透過彩色投影片、模型帶領學生穿越歷史，例如由Sterling外燃機、Otto引擎、Benz發明的汽車到燃料電池的應用。
課程中將不講授任何理論，單純以故事方式陳述科技的演變。
2.機器、儀器實物拆解：
將要求學生分組去拆解現有的機器，仔細觀察並描繪其外觀、工作功能、設計的結構、各零件功能，做成書面以及口頭報告。
3.工廠參觀：
則將配合本校地利之便，安排學生實地參觀不同生產工廠，以增加學生對日後機械工程領域應用的實際印象。
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課程名稱
微控制器（本課程為尚未試教的新課程）
授課老師
江士標
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
本著簡單先教複雜後教，具體先學抽像後學的原則。
建立電腦軟硬體整合建構實用機電功能的經驗與能力。
我們在課程中以C為主要語言，組語則不放入實驗。
本著學就是為用，會用才算學會的原則。
我們將課程內容包圍著兩個應用目標，第一個較簡單，只涉及電子，做的是電子計算器及電子鐘。
第二個較難，但可以再利用第一個的部份軟體元件，做的是線控電腦車。
為兼顧不同程度的同學，我們採取若能成第一個目標就能及格，而能完成兩個目標的學生則可以得到進階分數。
課程內容：
1.熟悉軟硬體環境。
2.解碼DigitalI/O。
3.七節管使用。
3.1.使用專用IC（7447）。
3.2.I/O（LookupTable）。
4.九宮格鍵盤的使用（polling）。
5.九宮格鍵盤的使用（interrupt,detectcircuit）。
6.數位計算機。
7.數位計算機＋時鐘。
8.步進馬達驅動。
9.RS232。
10.RS232。
11.專題（由學生自行利用上述的軟硬體寫出控制部份，而機械部份則由助教事先做好並提供傳輸介面規格）。
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課程名稱
網管訓練（本課程為已在開發改進中的課程）
授課老師
葉則亮
學分數
3學分+1學分3小時實驗（寒暑假集訓、實作，下一學期中給予學分）
課程目的及簡介：
培養網路及電腦系統管理之實務經驗、團隊合作、負責任事的經驗、電腦網路協定、系統程式的能力、網管專題、維修DIY的能力。
課程內容：
1.網路架構、打線、配電、骨幹設備、故障排除。
2.PC教室系統建置、備份、回覆、印表機及其伺服器建置、管理、維護。
3.Unix系統概論、建置、設定、網路服務的提供：
ftp、DNS、Wins、DHCP、snmp、mail、mac-ip監測、流量統計與管制。
4.LinuxSever架設：
系統安裝光碟檔案的抓取與燒製、驅動程式抓取、網路設定、C、telnetd、ftpd、httpd、php、mysql、realnetworksserver、全文檢索、perl。
5.多媒體網頁編寫：
大原則（資料內涵、檢索、網路環保、使用者介面）、html、dreamweaver、fireworks、flash、美工原則、實例及開發專題、錄影音技術（對課堂及演講活動）、video/audio數位化、mpg/VCD、realaudio/movie、編輯、轉換、realsystemevent與網葉資料之連結、數學上網（tex：
cwtex/XiTex、tth）、電路圖/工程圖上網。
6.網頁程式寫作（案例研討與專題開發）：
cgi-perl、php+mysql（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）、JavaScript。
7.視窗環境下之驅動程式、網路程式寫作、網路安全內涵與駭客技術。
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課程名稱
計算機輔助之實驗方法（本課程為已經試教完成的成熟課）
授課老師
葉則亮
學分數
2學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
各學科領域之共通活用的特性、實驗方法、設計、假說推演、驗證的研究精神、團隊合作、厚德載物之工程師修養。
在題材上廣收物、化、生、電、人文、醫學各領域中單純，卻能突顯以上之主旨的現象。
1.應用計算機作研究。
2.做實作研究常用的驗證方法及常犯的失誤。
3.做一個現代研發工程師所需要的修養－工具的構思、創意的培養、驗証的精神、知識的探聽活用隨聽隨用、困難情緒的群體會診。
4.每週有兩小時的學理背景講授，一小時的實作講解，及三小時的實作。
5.以計算機實作來模擬各種案例。
6.學生的作業是筆記，在電腦上製作實作結果的心得報告並e-mail給老師。
課程內容：
1.計算機工具及實驗與驗証的程續。
2.誤差及不確定量的產生及衍生模式化的觀念。
3.原形的重現－採樣密度及數據長度的影響。
4.資訊的"濃度"、資訊內涵的模式化的效率、實驗設計與價值工程的觀念。
5.工程師的修養（Ⅰ）－創造力及表達能力之訓練，全腦思考模式的假說。
6.有效的實驗研究法－因次分析法及工程師手冊的活用。
7.知識的活用：
逆向工程之實習。
8.動態模擬及學說的驗証。
9.工程師的修養（Ⅱ）－問題的發掘內省與困難的克服的示範。
10.工程師的修養（Ⅲ）－系統工程師的心路歷程、研究中之主觀與客觀的掙扎、學說驗証的重要。
附註：
課題不是特別重要，教法與氣氛的營造非常重要。
必須與學生形成一個緊密的回饋系統。
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課程名稱
電路電子與實驗（本課程為已經試教完成的成熟課）
授課老師
葉則亮、陳顯禎、黃衍任、羅吉昌
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
這是一個從電路的入門到基礎的電子實作技術的整合性教材的結合分析、設計、應用、實作與驗証。
使學生的經驗從課本與筆試的環境中提昇到綜合活用的程度。
並且在課程的活動中強調分析與實作驗証配合，建立學生的理論與實際相吻合的能力與信心。
本課程以電路分析為主軸，利用實驗實作來引導教學的課題，用應用題的方式介紹交、直流電路特性、瞬態與穩定態的響應、基本電子元件及儀器的特性分析與使用、基本電晶體與運算放大器的特性設計與應用、機電系統動態特性分析、邏輯元件電路特性及應用等。
期待以強調整合應用與設計的方式建立學生的基本電路電實作能力，以利同學持續的深造。
課程內容：
電路電子課程內容的大綱與認知架構（依授課順序排列）：
課程與實驗整合的細目請看這邊http：
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[電路與分析]：
[應用範例]：
[實驗實作課題]
1.電路基本定律：
靜電荷與電流（電流定律KCL）、靜電場與電位能（電壓定律KVL）、電路的圖形特性（分枝、節點、網眼、迴路）、解簡單的電阻電路。
2.基本電路元件的電路特性（電壓與電流之關係、電功率、電能量）、斷路、短路、電壓源、電流源、開關。
3.解電路（有系統的基本動作）：
電路分析的聯立方程式、解聯立方程式、用電腦符號代數運算的功能幫忙解聯立方程式、解出的答案的應用。
4.解電路（有系統的"快解法"）：
方法的推演。
5.電路特性有時間變化關係的元件（電容、電感）及其電路分析與應用：
電路微積分方程式、常微分方程的解法（一般解、特殊解、函數係數的決定、初始值）。
6.交流穩定態下之電路分析：
交流電源、頻率的範圍、振幅與相位差、複數函數表示法、交流穩定態的電路反應、相量表示法、相量之運算、相量圖表示法、輸入輸出的觀念與傳遞函數、頻率響應。
7.電路系統的模組化模組功能及模組間界面的設計：
期末數位與類比混合電路實作電晶體電路特性曲線掃描器。
ps：
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課程名稱
電路電子與實驗
課程內容：
附註：
其他可以討論的應用電路全波整流器、整流倍壓電路、穩壓電路、推挽式放大器、電流鏡、定電流源、Norton電流式放大器（視訊放大器）、振盪器、各式運算放大器應用電路、H形直流馬達切換驅動電路。
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課程名稱
應用電子學與實驗（本課程為已經試教完成的成熟課）
授課老師
葉則亮
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
深入探討、個別輔導、要求自主性的規劃與設計。
課程內容：
1.元件電路特性的檢測、參數的評估、示波器之X-Y模式、接地問題探討。
2.等效電路理論、實測與應用。
3.電晶体放大器實作：
偏壓及輸入/輸出等效電路實測。
4.穩壓電路實作及效果、輸出等效電路實測、參考電壓、定電流源電路、參考實例:
照明燈。
5.TTL邏輯電路元件之電路特性及賽跑現象、數位類比介面驅動電路設計（以UPS斷電關機系統電路中的relay驅動電路為例）。
6.邏輯電路分析、設計、實作:
狀態分析、瞬態的觀測。
7.振盪電路實例：
電子鳥、電子式日光燈啟動器。
8.PWM馬達驅動電路或推挽式功率放大電路實作。
9.系統整合設計（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）：
電晶體特性曲線掃描顯示器。
10.電子儀器檢修DIY。
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課程名稱
機電介面（本課程為已在開發改進中的課程）
授課老師
江士標
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
由於PC的進步演化迅速，新舊規格的汰舊換新也加速。
在ISA被逐漸淘汰，而DOS被Windows所取代的情況下。
我們不得不進行課程的調整，對於原課程成果不錯的特色我們仍將維持，部份不太合適的內容則加以調整，期望新的課程能夠在內容上涵蓋更完全，而且學習上更容易。
這是機電介面第二版，新課程仍希望維持並加強：
1.主題性：
串聯數個實驗之後能有一完整功能的作品，作為整體課程之主題。
2.進階性：
前面所作之實驗技術，能應用於後面之實驗之進行，使學生除了學到單獨技術之外，也知道如何應用。
3.完整性：
內容涵蓋由真實物理世界與虛擬電子世界之間訊號的轉換傳輸所涉及的完整技術。
新課程的設計理念與舊課程略有不同：
1.強化硬體安全性：
以串列傳輸（RS232/USB）取代並列傳輸（ISA），避免修課學生硬體接線錯誤傷及實驗用硬體，不必再使用介面保護器。
2.PC與Standalong分工架構：
Windows最較DOS有更好的人機介面操作方式，但對於硬體資源的開放程度則遠不如DOS，這造成了在即時測控應用上的困難。
另一方面由於硬體技術的進步，有許多微控制器的硬體及開發環境的資源也較以前成熟，不論是記憶體容量或是Ccompiler都不比當年PC-DOS時期差。
因此我們估計，PC-Windows仍會是人機介面以及標準配備的主要系統，但對於特殊用途及少量使用的量測控制儀器將會是以MCU/DSP為核心的stand-along之儀器為主流。
透過串列通訊可以讓PC-Windows與standalong系統分工合作，由PC負責人機介面及資料貯存與分析工作，而由MCU/DSP負責特殊硬體即時測控的工作。
課程內容：
1.單板電腦數位輸出入：
內容包括有數位輸出入（DigitalIO），軟體可程式邏輯控制器（SoftPLC）等。
1.1.數位輸出入中介紹重點在於軟體指令與硬體動作間關聯性，如C指令outport（add,data）會將什麼資料由那裡輸出，inport（add）會由何處讀取資料。
ps：
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課程名稱
機電介面
課程內容：
1.2.軟體可程式邏輯控制器中介紹重點在於介紹如何以輪詢的方式做程序控制。
利用指撥開關模擬極限開關等定位感測元件，而以LED代替馬達，電驛等致動元件，而以人工模擬機台動作。
模擬PLC控制機械循序動作。
2.單板電腦與計時及計數應用：
主要重點在於中斷程式的觀念
2.1.修改第一個實驗之硬體，增加一常斷式按鍵及反彈跳電路作為中斷源，利用中斷及計時器製作出電子碼表。
2.2.以光電偶為感測器，設計電路使每次光電偶被遮住都會產生一次中斷訊號，以中斷服務常式進行計數之工作。
將同樣的工作以輪詢方式之軟硬體配合也做一次觀察兩者差異。
3.PC做ADC，DAC動作：
數值規格（NumericalFormat），DAC/ADC數值離散化原理及影響，DAC/ADC時間離散化原理及影響。
3.1.數值規格中介紹重點在於如何以數位來表示數值，透過輸出不同的規格之數值及觀查LED明暗了解不同規格數值如何以數位來表現，要利用輸出接輸入並以不同規格來解譯數位訊號讓學生了解規格正確的重要性。
以及如何測試數位輸出入硬體的故障。
3.2.DAC/ADC數值離散化原理及影響，以電源產生不用電壓訊號，由UDS系統以單點取樣模式ADC訊號，取樣所得值除在PC上顯示外也經由UDS系統以單點送出模式由DAC輸出。
以示波器同時觀看原始電壓訊號及ADC再DAC之後的訊號。
由實驗結果來體驗數值離散化之影響。
3.3.DAC/ADC時間離散化原理及影響，以單點取樣模式配合輪詢方式分別做ADC產波器訊號，以及DAC送訊號到示波器。
觀查因為PC-Windows無法即時所造成的影響。
以整批模式設定不同取樣頻率，取樣長度由產波器ADC資料，觀察取樣頻率不足時所產生的頻率疊影效果。
DAC以不同頻率送重複性訊號至示波器，觀察取樣頻率，數值週期與類比週期之間的關係。
4.類比訊號處理基本元件：
量取類比訊號處理基本原件的各種特性。
5.類比訊號處理電路
（一）：
訊號轉換，類比運算，比較器。
6.類比訊號處理電路
（二）：
濾波，差動放大，屏壁，隔離放大。
ps：
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課程名稱
機電介面
課程內容：
7.數位示波器及產波器設計：
7.1.以濾波器，微分器，比較器配合UDS之ADC功能完成具有觸發功能之數位示波器。
7.2.以濾波器配合UDS之DAC功能製作任意波型產生器。
7.3.以UDS之ADC/DAC同步功能製作步階響應分析儀。
8.DAC電路設計：
DAC08
8.1.以unipolar方式接電路。
8.2.以bipolar方式接電路。
9.ADC電路設計：
ADC0804
9.1.依據ADC0804，LF398之規格，規畫出取樣保值，開始轉換等的合理時序，並由計時中斷方式來實現。
9.2.以ADC0804，LF398配合固定取樣頻率觸發轉換控制時序及轉換完成中斷與配合軟體程式完成ADC韌體。
10.數位錄放音系統設計：
以UDS之ADC/DAC同步功能，配合類比濾波放大電路，收音電路與放音電路整合成數位錄放音系統。
測驗：
將第8,9,10整合成一個實驗。
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課程名稱
數位訊號處理微電腦與實驗（本課程為已經試教完成的成熟課）
授課老師
江士標
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
我們的DSP課程最大的特色在於。
不僅要讓學生了解數位訊號處理的理論演進，更重要的是要讓學生能夠實際將DSP的理論在DSP硬體上實現出來。
在具體的先學，抽象的後學，以及先求會做，再求做得好的最高指導原則下。
課程分為兩部份第一部份介紹一般用DSP硬體元件，其開發環境，以及實際以此硬體來實踐演算法時，所須要的基本數值運算知識。
第二部份則與其它學校及學系相同，介紹數位訊號處理相關的理論及其演進。
如果由於時間上的限制，必須要有所取捨時，我們寧願少教一點比較高深一點的理論，也要先介紹如何將理論實踐。
因為我們相信，當學生知道如何將學到的理論實踐出來之後，其學習興趣自然會提昇很多。
即使有些理論未在課堂上教，學生在興趣高昂的情況下，也會自力學習。
課程內容：
講課部分：
1.數位訊號處理軟硬體介紹
1.1.硬體介紹
1.1.1.ADSP21XX核心硬體
1.1.2.週邊硬體，包括串列介面，記憶體等
1.2.軟體及開發除錯環境介紹
1.2.1.系統建構器SystemBuilder與ADSP21xx硬體描述語言介紹
1.2.2.組譯器Assembler與ADSP21xx組語介紹
1.2.3.軟硬體媒合器Linker，可程式唯讀記體分頁器promsplitter介紹
1.2.4.軟體模擬器Simulator，整合發展環境IntegratedDevelopEnvironment介紹
1.2.5.通用發展系統UniversalDevelopmentSystem相容韌體開發環境，PC-basedeveloping,stand-aloneready.
2.數位訊號處理理論
2.1.Discrete-TimeSignalandSystem
2.2.SamplingofContinuousTimeSignal
2.3.z_transform,Laplacetransform,FourierTransform
2.4.FilterDesignTechniques
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課程名稱
數位訊號處理微電腦與實驗
課程內容：
講課部分：
2.5.TheDiscreteFourierTransform
2.6.CepstrumanalysisandHomorphicDeconvolution
實驗實作部分：
1.ADSP21xx相關軟體發展工具熟悉
2.UDS相容ADSP21xxAC97音效取樣模組收放音實驗，多嘴鸚鵡。
3.加減乘除，簡易聲音壓縮解壓縮。
4.FIR濾波器實作，濾除背景高音，女聲禁音。
5.DiscreteHilbertTransform應用，變音器。
6.FFT實作，音質頻譜。
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課程名稱
自動控制與實驗（本課程為已經試教完成的成熟課）
授課老師
黃衍任江士標陳顯禎葉則亮
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
以輸入輸出之轉移函數為基礎的傳統動態分析與自動控制的設計方法。
課程內容：
學理部份：
1.系統動態：
由物理定律的微積分方程式來將系統動態模式化、時域上的動態反應、轉移函數的動態模式（Routh-Hurwitz、零根、極根）。
2.回饋控制的頻域分析：
Nyquist、Bode、延遲反應、PID、根軌蹟、使相位超前落後的補償器、增益與相位的穩定性容裕度（margin）。
3.狀態變數方程式的表示法。
實驗部份：
系統動態與回饋控制的設計與模擬（Simulink）。
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課程名稱
工程光學Ⅰ&Ⅱ（本課程為已在開發改進中的課程）
授課老師
陳顯禎
學分數
3學分+1學分3小時實驗
課程目的及簡介：
工程光學Ⅰ&Ⅱ課程著重理論與實驗的配合，使修課的學生能真正的了解幾何光學與波動光學，利用這些原理來設計光學系統（工程光學Ⅰ），進而學習光電工程之核心理論與技術，如晶體光學、傅氏光學、光電子學及光學量測等（工程光學Ⅱ）。
期使學生能夠熟知工程光學原理，以實驗解釋應證這些光學的現象；進而運用光電工程理論與技術，來整合與發展光機電系統工程。
課程內容：
工程光學Ⅰ：
1.幾何光
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