Специальные разделы прикладной оптики. Рабочая программа дисциплины

Специальные разделы прикладной оптики Рабочая программа дисциплины по направлениям подготовки: 551900 «Оптотехника (бакалавр, магистр)», 654000 «Оптотехника (дипломированный специалист)» специальности: 190700 «Оптико-электронные приборы и системы» факультеты: Оптико-информационных систем и технологий

1. Цели и задачи дисциплины Цели дисциплины: обобщить полученные ранее знания и дополнить их сведениями, имеющими как общесистемное, так и частное значение, на основе современных представлений в области оптотехники. Задачи дисциплины: научить пониманию взаимосвязи электромагнитного поля со световым, волновой оптики с геометрической, внутренних и внешних параметров оптических систем с параметрами и качеством образованного ими изображения, влияния отклонений конструктивных параметров на выходные характеристики оптической системы и на этой основе научить определять требования к её изготовлению.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины Полученные знания должны соответствовать современным представлениям в области теоретической и прикладной оптотехники и определять умение выпускников самостоятельно решать задачи проектирования, изготовления и эксплуатации современных оптических приборов и устройств.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

Всего часов 205 126 54 72 79 зачет, экзамен

9 115 72 36 36 43

Семестры 10 90 54 18 36 36

зачет

экзамен

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплин и виды занятий № п/п 1. 2. 3. 4.

Раздел дисциплины

Лекции

ЛР

Основы геометрической оптики Светотехника оптических систем Осветительные устройства Волновая оптика

5. Оптическая система как фильтр пространственных частот Определение допусков на отклонения 6. конструктивных параметров и показателей качества материалов и поверхностей 7. Колориметрия Зрительное восприятие наблюдаемых 8. предметов 4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Основы геометрической оптики. 1.1 Электромагнитное поле. Основные уравнения. 1.2 Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Плотность потока энергии. 1.3 Волновое уравнение. Скорость света. 1.4 Уравнение бегущей волны.

СРС

1.5 Основное уравнение геометрической оптики - уравнение эйконала. 1.6 Световые лучи. Световая трубка. 1.7 Световая трубка на границе раздела двух сред. 1.8 Инвариант Штраубеля. Инвариант Лагранжа-Гельмгольца. 2. Светотехника оптических систем. 2.1 Световой поток, проходящий через оптическую систему от излучающего элемента поверхности, расположенного на оптической оси системы. 2.2 Освещённость элемента изображения, расположенного на оптической оси системы. Формула МанженаЧиколева. 2.3 Световой поток, проходящий через оптическую систему от излучающего элемента поверхности, расположенного вне оптической оси системы. 2.4 Освещённость элемента изображения, расположенного вне оптической оси системы. 2.5 Аберрационное виньетирование и его влияние на распределение освещённости на поверхности изображения. 2.6 Световые величины и основные соотношения между ними. 3. Осветительные устройства. 3.1 Оптические схемы проекционно-осветительных устройств: -системы диоптрические; -системы катоптрические; -системы катодиоптрические. 3.2 Оптические схемы осветительных систем микроскопов для проходящего света. 3.3 Оптические схемы осветительных систем микроскопов для освещения непрозрачных объектов (при наблюдении в отражённом свете). 4. Волновая оптика. 4.1 Определение геометрически идеальной оптической системы. 4.2 Волновая аберрация. Взаимосвязь волновой аберрации с поперечной. 4.3 Функция волновой аберрации. Аберрации Зейделя. 4.4 Принцип Гюйгенса-Френеля. Математическое выражение принципа. 4.5 Дифракция Френеля и Фраунгофера. 4.6 Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии. 4.7 Дифракционный интеграл при наличии аберраций. 4.8 Нормированная освещённость в изображении точечного излучателя. Число Штреля. 4.9 Определение числа Штреля при малых величинах аберраций. 5. Оптическая система как фильтр пространственных частот. 5.1 Функция рассеяния точки (ФРТ), линии (ФРЛ). 5.2 Интеграл свёртки и его приложение к определению освещённости в изображении. 5.3 Теорема Бореля. Оптическая передаточная функция (ОПФ) оптической системы. Оптическая система как фильтр пространственных частот. 5.4 Оптическая передаточная функция (ОПФ) оптической системы. Функция передачи модуляции (ФПМ) и функция передачи фазы (ФПФ). 6. Определение допусков на отклонения конструктивных параметров и показателей качества материалов и поверхностей. 6.1 Возможные погрешности в процессе изготовления оптических систем. 6.2 Определение допуска на отклонение кривизны поверхностей оптических деталей от номинальной. 6.3 Виды отклонений формы поверхностей оптических деталей от номинальной. 6.4 Определение допустимых отклонений формы поверхностей от номинальной. 6.5 Определение допустимыхотклонений углов в главном сечении отражательных призм от номинальных величин. 6.6 Требования к материалу оптических деталей: - определение допустимых отклонений показателя преломления и дисперсии материала оптических деталей от номинальных величин; - выбор категории показателя ослабления; - выбор категории и класса пузырности; - выбор категории бессвильности; - выбор категории однородности; - выбор категории двойного лучепреломления. 7. Колориметрия. 7.1 Колориметрия. Основные понятия. 7.2 Колориметрия. Основные колориметрические системы: - система параметров - трёхцветная колориметрическая система - международная колориметрическая система 8. Зрительное восприятие наблюдаемых предметов. 8.1 Увеличительное действие лупы, микроскопа. 8.2 Увеличительное действие зрительной трубы.

8.3 Особенности визуального восприятияизображения при наблюдении в телескопическую систему. 8.4 Приборы ночного видения. 8.5 Тепловидение.

5. Лабораторный практикум, практические занятия и курсовые проекты 5.1. Лабораторный практикум № п/п 1. 2. 3.

№ раздела дисциплины 3 3 5

4.

5

5.

5

6.

6

Наименование лабораторных работ Проектирование системы для коллимации лазерного излучения Проектирование системы для концентрации лазерного излучения Расчет апланатической зеркальной системы Анализ качества изображения дифракционно-ограниченной оптической системы Анализ качества изображения фотографических систем Расчет, аберрационная коррекция, исследование качества изображения и определение допусков телескопической системы

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература 1. 2. 3. 4. 5. 6.

М. Борн, Э. Вольф Основы оптики. М.: Наука, 1970.- 856 с. Д.С. Волосов, М.В. Цивкин Теория и расчёт светооптических систем. М.: Искусство, 1960.-526 с. М.Н. Сокольский Допуски и качество оптического изображения. Л. Машиностроение, 1989.- 221 с.: ил. Г.Е. Скворцов и др. Микроскопы. Л.: Машиностроение, 1969.- 512 с.: ил. В.А. Зверев Увеличительное действие зрительной трубы. "Оптический журнал", 2001, №6. - С. 15-19. В.А. Зверев, И.А. Карасёва, В.Г. Карпов Особенности визуального восприятия изображения при наблюдении через телескопическую систему. Оптика и спектроскопия. 1998, т. 85, №5, с. 874-879.

б) дополнительная литература 1. 2. 3. 4. 5.

В.Н. Чуриловский Теория оптических приборов. М.-Л.: Машиностроение, 1966.- 564 с. М.М. Русинов Техническая оптика:Учебное пособие для вузов. Л.: Машиностроение, 1979.-488 с., ил. Э. О'Нейл Введение в статистическую оптику. М.: Мир, 1966.-255 с. В.А. Зверев Введение в оптотехнику проектирования оптических приборов. Учебное пособие. СПбГИТМО, 1995.- 104 с. С.А. Журова Исследование и разработка теоретических основ композиции принципиальных схем оптических систем переменного увеличения. Кандидатская диссертация. Санкт-Петербург, СПбГИТМО (ТУ), 2000.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Компьютерные программы автоматизированного расчёта оптических систем САРО и ОПАЛ.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерные классы

Программу составил: д.т.н., проф. Зверев В.А., кафедра Прикладной и компьютерной оптики