Расчет оптических систем. Рабочая программа дисциплины

Расчет 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 оптических систем» факультеты: «Оптико-информационных систем и технологий»

1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина "Расчет оптических систем" относится к специальным дисциплинам и имеет своей целью подготовку обучающихся в области теории и проектирования оптических систем различных классов. Дисциплина базируется на знаниях обучающимися, высшей математики, а также теоретических основ современной оптики, основных законов распространения света и формирования изображений, приобретенных при изучении дисциплин "Высшая математика", "Основы оптики"и "Прикладная оптика". Задачами преподавания дисциплины, связанными с её содержанием, являются:

• • • • •

сформировать у студентов необходимый объем знаний в области теории аберраций; обеспечить приобретение студентами практических навыков анализа аберраций на основе расчета хода лучей, графиков аберраций и точечной диаграммы; обучить студентов анализу коррекционных возможностей оптических систем, состоящих из тонких компонентов по методу Г.Г. Слюсарева; обучить студентов анализу коррекционных возможностей базовых элементов оптических систем по методу М.М. Русинова; обучить студентов работе на компьютере с программами, предназначенными для расчета оптических систем.

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

• • • • •

знает теорию аберраций; умеет анализировать аберрации оптических систем на основе результатов расчета хода лучей, графиков аберраций и точечных диаграмм; может оценить возможности оптической системы в части исправления хроматических аберраций, включая вторичный спектр; знает аберрационные свойства тонких компонентов и оптических поверхностей с особыми свойствами; умеет пользоваться пакетами прикладных программ, предназначенными для расчета оптических систем, с целью анализа аберраций.

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 140 84 42 42 56 зачет, экзамен

7 62 42 18 18 20

Семестры 8 78 42 24 24 36

зачет

экзамен

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплин и виды занятий № Раздел дисциплины п/п 1. Хроматические аберрации 2. Монохроматические аберрации 3. Основы композиции оптических систем

Лекции

ЛР

12 18 12

12 18 12

СРС

4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Хроматические аберрации. 1.1. Характеристики оптических материалов. Дисперсия показателей преломления как причина возникновения хроматических аберраций. 1.2. Хроматизм положения. 1.3. Хроматизм увеличения. 1.4. Хроматические аберрации тонкой линзы и плоскопараллельной пластинки. 1.5. Ахроматизация тонкого компонента и системы, состоящей из тонких компонентов. 1.6. Вторичный спектр и способы его устранения. 1.7. Хроматические аберрации систем, работающих в ИК области спектра. 1.8. Хроматические аберрации систем, работающих в УФ области спектра. 2. Монохроматические аберрации. 2.1. Понятие об аберрациях третьего порядка. 2.2. Зависимость аберраций третьего порядка от координат лучей в плоскостях предмета и входного зрачка. Виды аберраций. 2.3. Представление об аберрациях высших порядков. 2.4. Кривизна изображения, ее свойства, зависимость от конструктивных параметров оптической системы. 2.5. Кривизна изображения тонкого компонента и двухкомпонентной системы. 2.6. Кривизна изображения зеркальных и зеркально-линзовых систем. 2.7. Кривизна изображения зеркала Манжена. 2.8. Астигматизм. Анастигматические точки сферической преломляющей поверхности. 2.9. Астигматизм тонкого компонента. 2.10. Кома и ее связь с условием синусов. 2.11. Кома симметричных систем. 2.12. Сферическая аберрация. 2.13. Представление об апланатизме. Апланатические точки сферической поверхности. 2.14. Условие изопланатизма. 2.15. Дисторсия и ее влияние на качество изображения. 3. Основы композиции оптических систем. 3.1. Метод основных параметров Г.Г. Слюсарева. 3.2. Применение метода основных параметров для анализа коррекционных возможностей систем, состоящих из тонких компонентов. 3.3. Расчет двухлинзового склеенного объектива методом Г.Г. Слюсарева. 3.4. Принципы расчета систем, состоящих из тонких компонентов методом Г.Г. Слюсарева. Области рационального применения метода. 3.5. Расчет зеркальных систем с использованием основных параметров. 3.6. Асферизация оптических поверхностей как метод коррекции аберраций. 3.7. Композиция оптичесих систем из оптических поверхностей с особыми свойствами по методу М.М. Русинова. 3.8. Роль теории аберраций третьего порядка в современной вычислительной оптике.

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

№ раздела дисциплины

1.

1

2. 3.

1 1

4.

1

5.

2

Наименование лабораторных работ Расчет на РС и анализ хроматизма положения, вторичного спектра и хроматизма увеличения Ахроматизация двухлинзового объектива Апохроматизация двухлинзового объектива Анализ вторичного спектра в системе из двух двусклееных компонентов с большим воздушным промежутком Расчет на РС и анализ монохроматических аберраций:сферической,комы, астигматизма, кривизны изображения и дисторсии

6.

2

7.

2

8.

2

9.

3

10.

3

11.

3

Определение радиуса кривизны Петцваля и проверка независимости этого радиуса от положения предмета и зрачка Проверка на конкретных примерах точности формул, определяющих кому через отступление от условия изопланазии Проверка на конкретных примерах точности формул для астигматизма тонкого компонента Расчет двухлинзового склеенного объектива методом Слюсарева с последующей коррекцией на РС Расчет на РС двухкомпонентных систем с использованием основных параметров Слюсарева Синтез двухкомпонентной системы с использованием метода Русинова

5.2. Практические занятия Не предусмотрены. 5.3. Курсовые работы Не предусмотрены.

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

Чуриловский В.Н. Теория хроматизма и аберраций третьего порядка. - Л.: Машиностроение, 1968. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. - Л.: Машиностроение, 1968. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем. - М.: "Логос", 2000.

б) дополнительная литература 1.

Грамматин А.П. Синтез оптических систем, состоящих из линз с апланатическими и изопланатическими поверхностями и бесконечно тонких компонентов. - ГОИ, Труды ГОИ, 1981, т. 49, вып. 183, с. 23.

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