Оптические измерения. Рабочая программа дисциплины

Оптические измерения Рабочая программа дисциплины по направлениям подготовки: 551900 «Оптотехника (бакалавр, магистр)», 654000 «Оптотехника (дипломированный специалист)» специальности: 190700 «Оптико-электронные приборы и системы», 191100 «Технология оптических материалов», 072300 «Лазерная техника и лазерные технологии» факультеты: Вечернего и заочного обучения

1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина "Оптические измерения " относится к базисным дисциплинам содержания образовательных программ по направлению подготовки "Оптотехника". Цель изучения дисциплины - освоение обучающимися теоретических, практических и метрологических основ оптических измерений. Дисциплина базируется на математическом аппарате дифференциального и интегрального исчисления, элементах теории вероятностей, теоретических основах геометрической и физической оптики, прикладной оптики, основах метрологии. Задачи дисциплины:

• • •

•

изучение теоретических основ оптических измерений, основных понятий оптической метрологии, теории точности оптических измерений, способов оценки порогов чувствительности и характеристик точности методов и аппаратуры измерений, погрешностей получаемых результатов; изучение практических аспектов оптических измерений; вырабатывается умение анализировать функциональные и принципиальные схемы оптических контрольно- измерительных устройств и обосновывать требования к их оптическим и метрологическим характеристикам; изучение основных методов оптических измерений геометрических параметров оптических элементов, параметров оптических материалов, характеристик оптических систем, параметров световой волны; методов испытания оптических систем, исследования качества оптического изображения, а также метрологически обоснованных методов обработки данных и оценки погрешностей; изучение основных средств оптических измерений, аппаратуры, приборов, установок; вырабатывается умение собрать и настроить оптическую измерительную установку; прививаются навыки выполнения измерений, обработки данных и определения погрешностей.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины приобретаются знания:

• • • • •

методов и средств оптических измерений; теории точности оптических измерений; способов оценки порогов чувствительности; способов определения характеристик точности методов и аппаратуры измерений; способов оценки погрешностей получаемых результатов.

Вырабатывается умение анализировать функциональные и принципиальные схемы оптических контрольно - измерительных устройств и обосновывать требования к их оптическим и метрологическим характеристикам. Прививаются навыки работы на аппаратуре оптических измерений, выполнения измерений, обработки данных измерительных наблюдений, получения результатов измерений и оценки погрешностей; дается представление об основных пакетах компьютерных программ для обработки результатов оптических измерений. Знания и умения, полученные при изучении дисциплины, используются при курсовом и дипломном проектировании.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины

Всего часов 150

Семестры 7 150

Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПЗ) Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

55 34

55 34

17 95

17 95

4

4

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплин и виды занятий № Раздел дисциплины п/п 1. Теория и методы оптических измерений 2. Оптические измерительные приборы Измерения параметров оптических 3. материалов Измерения геометрических параметров 4. оптических деталей 5. Измерение характеристик оптических систем 6. Интерференционные измерения Исследования качества оптического 7. изображения 8. Измерение параметров световой волны Оптические измерения неоптических 9. параметров

Лекции

ЛР

6 4

2

4

2

6

6

6 2

4 3

СРС

2 2 2

4.2. Содержание разделов дисциплины Введение. Оптические измерения как область оптотехники; их значение в процессе создания современной оптической системы, в промышленности, науке и практике. Возможности и точность оптических измерений. 1. Теория и методы оптических измерений. Основные понятия метрологии. Теория оптических измерений. Основные принципы оптических измерений. Классификация методов оптических измерений: методы, основанные на анализе оптического изображения, на анализе формы волнового фронта, на анализе световых потоков. Роль и характер оптического изображения при измерениях. Теория чувствительности оптических измерительных наводок. Расчет чувствительности наводок исходя из параметров оптического измерительного прибора. Выбор характеристик оптической системы для измерительного прибора исходя из значения допустимой погрешности наведения. 2. Оптические измерительные приборы. Объекты и задачи измерения, измерительные схемы и особенности их функциональной структуры. Типовые узлы оптических измерительных приборов (коллиматор, автоколлиматор, микроскоп, автоколлимационный микроскоп и другие). Функциональные блоки оптических измерительных приборов (устройства наведения, отсчетные устройства, осветительные устройства, приемники изображения, компьютерные комплексы и другие). Приборы производственного контроля. Структура оптических измерительных схем и их унификация. Источники погрешностей оптических измерений, связанные с измерительными приборами, и пути их устранения. 3. Измерения параметров оптических материалов Измерения параметров оптических материалов (методы, схемы, обработка данных): показателя преломления, пропускания, светорассеяния, неоднородности, двойного лучепреломления. 4. Измерения геометрических параметров оптических деталей и узлов Измерения геометрических параметров оптических деталей и узлов (методы, схемы, обработка данных): толщины линз, воздушных промежутков, радиусов кривизны, углов призм и клиньев, формы поверхности, децентрировки. Измерения толщины и показателей преломления оптических покрытий. 5. Измерение характеристик оптических систем Измерение характеристик оптических систем (методы, схемы, обработка данных): фокусных расстояний, увеличения, апертур, дисторсии, светопропускания, аберраций, децентрировки. Измерения аберраций оптических систем: теневой метод Фуко, метод Гартмана. 6. Интерференционные измерения Интерференционные измерения (методы, схемы, обработка данных): принципы интерферометрии; типовые схемы интерферометров; виды интерференционных картин; расшифровка интерферограмм. Измерения:

погрешностей формы оптических поверхностей, аберраций и ошибок изготовления оптических систем и элементов, дефектов оптических материалов, показателей преломления, длины, параметров тонких пленок. 7. Исследования качества оптического изображения Исследования качества оптического изображения (методы, схемы, обработка данных): характеристики и критерии качества изображения; измерение разрешающей способности, функций рассеяния, модуляционных передаточных функций. 8. Измерение параметров световой волны в оптическом приборе Измерение параметров световой волны в оптическом приборе (методы, схемы, обработка данных): приложения фотометрии, измерение поляризации, спектрального состава излучения, деформаций волнового фронта. 9. Основы оптических измерений неоптических параметров Основы оптических измерений неоптических параметров (методы, схемы, обработка данных): перемещений, деформаций, параметров механических колебаний и вибраций.

5. Лабораторный практикум, практические занятия и курсовые проекты 5.1. Лабораторный практикум № п/п

№ раздела дисциплины

1.

3

2.

6

3.

4

4.

4

5.

5

6.

5

7.

5

8.

5

Наименование лабораторных работ Измерение показателя преломления и дисперсии на рефрактометрах Измерение толщины тонких пленок на микроинтерферометре Измерение радиуса кривизны оптической поверхности известными и типовыми методами (например, на кольцевом сферометре, на автоколлимационном микроскопе, методом колец Ньютона и т.д.) Измерение углов оптических элементов известными и типовыми методами (на автоколлиматоре, на гониометре) Установка трех зрительных труб на бесконечность и измерение фокусного расстояния оптического элемента Измерение фокусных расстояний оптических систем известными и типовыми методами (с помощью фокометра Аббе, методом Фабри-Юдина, с помощью фококоллиматора) Измерение оптических характеристик телескопического прибора на оптической скамье Измерение оптических характеристик объектива на оптической скамье

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература 1. 2. 3. 4.

Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.:Высшая школа, 1981. Креопалова Г.В, Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение, 1989. Селиванов М.Н., Фридман А.Э. и др. Качество измерений. Метрологическая справочная книга. М. : Машиностроение, 1987. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. М.: Наука, 1985.

б) дополнительная литература 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Пуряев Д.Т. Методы контроля асферических поверхностей. М.: Машиностроение, 1976. Оптический производственный контроль. под ред. Д. Малакары. М.: Машиностроение, 1985. Максутов Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. М.: Наука, 1984. Иванова Т.А., Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. Л.: Машиностроение, 1984. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения. Л.: Машиностроение, 1986. Бубис И.Я., Вейденбах В.А., Духопел И.И. и др. Справочник технолога - оптика. Л. Машиностроение. 1983. ГОСТ 8.009 - 72. Нормируемые метрологические характеристики средств измерения. М. Издательство "Стандарты". 1976. Еськова Л.М. Оптические измерения. Учебное пособие .Л.ЛИТМО. 1984. Еськова Л.М. Задачник по дисциплине "Оптические измерения. ". Л. ЛИТМО. 1985.

10. Еськова Л.М. Обработка результатов измерений. Краткие методические указания по получению результата измерений при выполнении лабораторных работ по курсу "Оптические измерения "СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2000. 11. Еськова Л.М. Компьютерные методы контроля оптики. Методические указания к лабораторному практикуму. СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2001. 12. Кирилловский В.К. Оптические измерения .ч. 1. Учебное пособие .СПб. .ИТМО. 2002. 13. Кирилловский В.К. Оптические измерения .ч. 2. Учебное пособие .СПб. .ИТМО. 2002. 14. Порохова Т.Г. Конспект лекций по курсу "Оптические измерения.". Л. ЛИТМО. 1978. 15. Лившиц Э.М. Оптические измерения. Учебное пособие .Л.ЛИТМО. 1985.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Типовые пакеты компьютерных программ по обработке результатов оптических измерений. Компьютерный класс.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины Учебная лаборатория оптических измерений: приборы для измерения показателей преломления, микроинтерферометр, сферометр, оптиметр, автоколлиматоры, измерительный микроскоп, автоколлимационный микроскоп, гониометр, измерительные зрительные трубы, оптическая скамья, интерферометры различных типов, установки измерения функции передачи модуляции (или ОПФ, ФРТ, ФРЛ ), компьютеры, видеокамеры.

Программу составили: д.т.н., проф. Кирилловский В.К., кафедра Прикладной и компьютерной оптики