Методы проектирования оптических систем. Рабочая программа дисциплины

Методы проектирования оптических систем Рабочая программа дисциплины по направлениям подготовки: 551900 «Оптотехника (бакалавр, магистр)», 654000 «Оптотехника (дипломированный специалист)» специальности: 190700 «Оптико-электронные приборы и системы» специализации: 190708 «Проектирование оптичесих приборов» факультеты: Оптико-информационных систем и технологий

1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина "Методы проектирования оптических систем" относится к специальным дисциплинам и имеет своей целью подготовку обучающихся в области современных методов проектирования оптической части оптико-электронных приборов с применением персональных компьютеров. Дисциплина базируется на знаниях обучающимися теории аберраций и методов синтеза оптических систем, приобретенных при изучении дисциплин "Расчет оптических систем" и "Прикладная оптика". Задачами преподавания дисциплины, связанными с её содержанием, являются:

• • • • •

обучить студентов методам автоматизированного проектирования и расчета оптических систем с применением персональных компьютеров; обеспечить приобретение студентами практических навыков по разработке принципиальных оптических схем опто-электронных приборов; обучить студентов алгоритмам проектирования многокомпонентных систем; обучить студентов методам проектирования панкратических систем; обучить студентов рациональному использованию критериев качества изображения применительно к конкретным видам оптических систем.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины Студент считается освоившим содержание дисциплины, если он:

• • •

знает структуру оптических систем и их компонентов для приборов различного назначения (зрительных труб, микроскопов, фотографических объективов, эндоскопов, проекторов, тепловизоров, приборов ночного видения); умеет осуществлять композицию оптических систем и их проектирование с применением персональных компьютеров; умеет правильно использовать критерии качества изображения для оценки результатов проектирования оптических систем.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПЗ) Лабораторные работы (ЛР) Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Другие виды самостоятельной работы Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

Всего часов 257 144 72 72 113 30 32 51 зачет, экзамен

9 124 72 36 36 52 22 30 зачет

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплин и виды занятий

Семестры 10 133 72 36 36 61 30 10 21 экзамен

№ п/п 1. 2. 3. 4. 5.

Раздел дисциплины Компьютерное проектирование оптических систем Проектирование оптических систем зрительных труб Проектирование оптических систем микроскопов Проектирование фотографических и телевизионных объективов Оптические системы с нетрадиционными элементами

Лекции

ЛР

72

72

20

32

20

20

20

20

12

-

СРС

4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Компьютерное проектирование оптических систем 1.1. Постановка задачи при оптимизации оптических систем. 1.2. Способы получения исходной оптической системы для последующей оптимизации. 1.3. Выбор корригируемых функций и коррекционных параметров, 1.4. Роль допусков на корригируемые функции и их выбор. 1.5. Использование углов первого параксиального луча с осью в качестве коррекционных параметров. 1.6. Ограничения на значения коррекционных параметров. 1.7. Связи между изменениями коррекционных параметров. 1.8. Связи между корригируемыми функциями. 1.9. Рациональные приемы работы при компьютерном проектировании оптических систем. 1.10. Особенности нецентрированных оптических систем и их расчет с помощью компьютера. 1.11 Особенности автоматизированного проектирования панкратических оптических систем. 2. Проектирование оптических систем зрительных труб. 2.1. Методы расчета зрительных труб с призменными оборачивающими системами. 2.2. Объективы зрительных труб. Свойства и методы расчета. 2.3. Окуляры зрительных труб. Свойства и методы расчета. 2.4. Методы расчета зрительных труб с линзовыми оборачивающими системами. 2.5. Требования к коррекции аберраций зрительных труб. 2.6. Сферическая аберрация в выходном зрачке и ее влияние на качество изображения. 2.7. Расчет зрительных труб Галилея. 3. Проектирование оптических систем микроскопов. 3.1. Объективы микроскопов. Классификация, свойства и методы расчета. 3.2. Способы устранения кривизны изображения у объективов микроскопа. 3.3. Устранение вторичного спектра у объективов микроскопа. 3.4. Требования к коррекции аберраций у объективов микроскопа. 3.5. Окуляры микроскопов. Классификация, свойства и методы расчета. 3.6. Компенсационные окуляры и гомали. 3.7. Осветительные системы микроскопов. 3.8. Коллекторы и конденсоры микроскопов. Требования к коррекции аберраций. 4. Проектирование фотографических и телевизионных объективов. 4.1. Фотографические объективы. Классификация, свойства и методы расчета. 4.2. Частотно-контрастная характеристика как основной критерий оценки качества изображения фотографических объективов. 4.3. Объективы, работающие совместно с опто-электронными приемниками световой энергии. Особенности коррекции, методы расчета. 4.4. Оптические материалы для работы в ИК области спектра. 4.5. Объективы, работающие в ИК области спектра. 4.6. Оптические материалы для работы в УФ области спектра. 4.7. Объективы микроскопов для УФ области спектра. 4.8. Объективы для УФ области спектра, работающие совместно с приемниками типа ПЗС. 5. Оптические системы с нетрадиционными элементами. 5.1. Волоконно-оптические элементы (ВОЭ). Прохождение лучей через одиночный световод. 5.2. Световоды в оболочке. Числовая апертура световода. 5.3. Разрешающая способность ВОЭ. 5.4. Сопряжение ВОЭ с оптическими системами. 5.5. Осевые и радиальные граданы. 5.6. Закон распределения показателя преломления при синусоидальной траектории луча. 5.7. Киноформ как кольцевая фазовая дифракционная решетка. 5.8. Коррекция аберраций с помощью киноформов.

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

№ раздела дисциплины

1.

1

2.

1

3. 4.

1 1

5.

2

6.

2

7. 8.

2 3

9.

3

10.

3

11.

4

12.

4

Наименование лабораторных работ Автоматизированная коррекция компонентов с помощью теории аберраций третьего порядка Оптимизация различных оптических систем с помощью универсальных программных комплексов Расчет хода лучей через нецентрированную оптическую систему Оптимизация аберраций нецентрированной оптической системы Расчет зрительной трубы с призменной оборачивающей системой. Расчет двусклеенного объектива,сквозной расчет лучей Расчет зрительной трубы с призменной оборачивающей системой и объективом-апохроматом Расчет бинокля Галилея Анализ качества изображения различных типов Микрообъективов Анализ качества изображения различных типов окуляров микроскопа Анализ качества изображения стереоскопического микроскопа Аббе (МБС) Анализ качества изображения различных типов фотографических объективов Анализ качества изображения объективов, работающих совместно с опто-электронными приемниками изображения и точечными объектами

5.2. Практические занятия Не предусмотрены 5.3. Примерная тематика курсовых работ Расчет оптических систем: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Зрительной трубы с призменной оборачивающей системой Зрительной трубы Галилея. Проекционной системы, состоящей из объектива и конденсора. Формирователя лазерного излучения. Микроскопа. Объектива для записи информации на компакт-диск. Объектива для считывания информации с компакт-диска. Объектива для тепловизора.

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

Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. - Л.: Машиностроение, 1975. Вычислительная оптика. Справочник под ред. Русинова М.М.- Л.: Машиностроение, 1984.

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

Грамматин А.П. Автоматизация проектирования оптических систем. Учебное пособие.-Л.: ЛИТМО, 1989. Грамматин А.П., Багдасаров А.А., Багдасарова О.В., Хваловский. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Методы расчета оптических систем". - Л.: ЛИТМО, 1986. Панов В.А., Андреев Л.Н. Оптика микроскопов.- Л.: Машиностроение, 1976. Волосов Д.С. Фотографическая оптика. - М.: Искусство, 1978.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Программные комплексы для автоматизированного проектирования оптики

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерный класс для моделирования и расчета оптических систем

Программу составил: д.т.н., проф. Грамматин А.П., кафедра Прикладной и компьютерной оптики