Приборы для научных исследований. Рабочая программа дисциплины

Приборы для научных исследований 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», 190712 «Оптические приборы», 190713 «Компьютерная оптика» факультеты: «Оптико-информационных систем и технологий»

1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина "Приборы для научных исследований" относится к дисциплинам специализации. Дисциплина "Приборы для научных исследований "является одной из важнейших дисциплин цикла при подготовке инженеров в области проектирования и производства оптических систем и имеет своею целью приобретение знаний и навыков, необходимых для профессиональной деятельности в области оптического производства, распространения и эксплуатации оптических приборов и систем, коммерции и научных исследований.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины "Приборы для научных исследований "студент должен : ЗНАТЬ: приборы и методы для научных исследований, измерения оптических параметров, применяемые при разработках, производстве, эксплуатации и научных исследованиях. Историю создания, современное развитие, пути и методы совершенствования методов и аппаратуры научных исследований, теоретические основы, схемные и конструктивные решения, возможности и ограничения, области и способы применения методов и приборов научных исследований. УМЕТЬ: работать как с традиционной, так и с современной аппаратурой и установками научных исследований; собирать, юстировать, отлаживать и калибровать установки оптических исследований; оценивать качество и ошибки результатов научных исследований. ПОЛУЧИТЬ ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ: работы с методами и аппаратурой научных исследований (измерение оптических параметров, структуры и качества оптического изображения, деформаций волновых фронтов, вносимых различными физическими явлениями, характеристик светораспределения, автоматизированной обработки результатов исследований). Кроме того, знания и умения, полученные при изучении дисциплины, используются при подготовке курсовых и дипломных проектов.

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

Семестры

155 76 36 36 61

11 155 76 36 36 61

зачет

зачет

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплин и виды занятий № Раздел дисциплины п/п 1. Введение. Цели, методология и современные

Лекции 8

ЛР

СРС

2. 3. 4. 5. 6. 7.

достижения в научных исследованиях. Методы и аппаратура исследования структуры волнового фронта. Оптические исследования параметров движения (траектории, колебания, вибрации). Оптические исследования и измерения для компьютерной графики и моделирования виртуальной реальности. Элементы теории и технологий оптической регистрации (фото-, кино-, видео- и т.д.). Исследование качества и информативности изображения Растровые приборы в научных исследованиях. Методы извлечения и обработки информации, содержащейся в оптическом изображении

8 8

4

8

4

8

4

8

4

8

4

4.2. Содержание разделов дисциплины Введение Предмет и содержание курса. Цели научных исследований. Современные научно-технические достижения в совершенствовании методов и средств исследований. Задачи, цели и метод изучения курса, его значение для разработки, производства и применения оптических приборов. 1. Методы и аппаратура исследования структуры волнового. 1.1. Обзор методов исследования деформаций волнового фронта оптических систем: метод Гартмана; теневые методы; интерферометрия. Достоинства и недостатки методов. 1.2. Элементы теории интерферометра. Распространенные схемы интерферометров (Майкельсона,Тваймана, Физо и др.). Исследование деформаций волнового фронта и ошибок оптических систем. Основные источники погрешностей 1.3. Расширение возможностей интерферометрии. Использование фотографического приемника для повышения точности расшифровки интерферограммы. 1.4. Применение телевидения, видеотехники и цифровой регистрации при интерферометрических исследованиях. Устранение влияния вибраций. Методы и средства автоматизации интерферометрического контроля 1.5. Исследование голографического интерферометра с рассеивающей пластинкой. Варианты схемы, достоинства интерферометра . 1.6. Метод Гартмана при исследовании астрономической оптики. Пути снижения погрешностей расшифровки гартманограмм. Применение лазера в схеме исследования по методу Гартмана. 2. Оптические исследования параметров движения (траектории, колебания, вибрации, профили несущих поверхностей для движущегося тела). 2.1. Методы измерительной оптической регистрации и их применение при научных исследованиях. 2.1.1. Измерение параметров движения средствами видео-, кино- и фоторегистрации. 2.1.2. Киноизмерение при исследованиях колебаний свободно движущихся тел. 2.1.3. О трудоемкости расшифровки данных покадровой регистрации и преимущества исследовательской регистрации с непрерывной разверткой. 2.2. Области применения оптической регистрации параметров движения тел. 2.3.1. Методы исследования малочастотных колебаний с большими амплитудами, оценка погрешностей и чувствительности метода. 2.3.2. Запись профилей несущих поверхностей . 2.3.3. Оптические методы исследования вибраций. 3. Оптические исследования и измерения для компьютерной графики и моделирования виртуальной реальности. 3.1. Задачи компьютерного моделирования и компьютерной графики. 3.2. Сфера необходимых исследований в связи с задачами моделирования виртуальной реальности. 3.3. Нетрадиционные исследовательские задачи и требования к методам исследований. 3.4. Методы исследования пространственного распределения световых потоков и запись гониодиаграмм источников излучения. 3.5. Методы и аппаратура исследований двунаправленных функций распределения отражения (BRDF) и пропускания (BTDF). 4. Элементы теории и технологии оптической регистрации (фото-, кино-, видео- и т.д.). 4.1. Аппаратура и получение изображений. 4.2. Обеспечение контрастов в регистрируемом изображении: освещение, фон, спектральные параметры освещения и регистрации. 4.3. Управление разрешением. 4.4. Макро-, микро, и стереорегистрация для научных исследований. 4.5. Регистрация цвета и отображение в цвете.

4.6. Специфика регистрации научных объектов. 4.7. Получение изображений для отчетов, публикаций, презентаций, дальнейшей обработки и расшифровки. 5. Исследование качества и информативности изображения 5.2. Понятие качества изображения оптической системы применительно к оптическим системам различного типа и назначения. Основные критерии оценка качества изображения, их возможности и области применения. Тест-объекты для оценки качества изображения по различным критериям. Светящаяся точка, линия, линейная мира, радиальная мира, полуплоскость; объекты научных исследований, подобные основным тест-объектам. 5.3. Соотношение между объектом и его изображением при научных исследованиях. ОПФ, ЧКХ. Оптимизация характера передаточных функций в соответствии объектами, целями и задачами научного исследования. 5.4. Передача изображения через оптическую систему при научных исследованиях. Зрачковая функция. Волновые аберрации. Связь волновых и геометрических деформаций волнового фронта. 5.5. Критерии качества изображения при научных исследованиях. Критерий Рэлея. Распределение освещенности в точке. Концентрация энергии в пятне рассеяния. 5.6. Связь качества изображения с аберрациями оптической системы. Понятие структуры и оптимального качества изображения при научных исследованиях. Изменение структуры пятна рассеяния под влиянием деформаций волнового фронта. Задача исследования структуры изображения вообще и в том числе - пятна рассеяния при научных исследованиях. 6. Растровые приборы в научных исследованиях. 5.1. Возможности растровых оптических систем при научных исследованиях. 5.2. Типы растров и характеристики растровых оптических систем. 5.3. Анализирующие и синтезирующие свойства растров, формирование изображений. 5.4. Мультиплицирующие свойства растров. 5.5. Фокусирующие растровые системы. 5.6. Растровые экраны. 6. Методы извлечения и обработки информации, содержащейся в оптическом изображении. Чувствительность и точность оптических исследований и измерений. 6.1. Плавные функции преобразования, свойственные традиционным методам оптических исследований и измерений, их достоинства и недостатки. 6.2. Импульсные и периодические функции преобразования, создаваемые возможности анализа оптического изображения при исследованиях и измерениях, повышение точности и чувствительности измерений и контроля.

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

№ раздела дисциплины 5 5

3.

7

4.

1

5.

6

6.

6

Наименование лабораторных работ Исследование структуры изображения на изофотометре ФРТ Исследования оптических сред на изофотометре ФРЛ Интерактивное исследование ошибок поверхности и на автоматизированном лазерно-телевизионном интерферометре Физо Исследования на прецизионном интерферометре с дифрагированным эталонным волновым фронтом Исследование и контроль качества линзы Френеля на инверсном Ронки - интерферометре Исследование хроматизма на дифракционном интерферометре

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Оптический производственный контроль. под ред. Д.Малакары. пер. с англ. М.Машиностроение,1985. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения М. Мир. 1964. Иванова Т.А., Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. Л. Машиностроение. 1964. Э.В. Бабак, П.Д.Иванов, Б.Н.Котлецов, С.А.Родионов. Подводная фотография. Л. Машиностроение .1969. Н.А.Валюс. Растровые оптические приборы. М. Машиностроение. 1966. А.Блейкер. Применение научной фотографии. М.Мир.1980. В.К.Кирилловский. Фоторегистрация колебаний транспортных машин и их элементов. ЦНИИинформации. М. 1980.

8.

Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.Высшая школа. 1981.

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

Коломийцев Ю.В. Интерферометры. Л. Машиностроение.1976. Максутов Д.Д. Изготовление и исследование астрономической оптики. М. Наука. 1984. Русинов М.М. Техническая оптика. Л. Машиностроение.1984. Кирилловский В.К. Методы контроля качества изображения оптических систем.Изд. ЛИТМО 1980 г. Кирилловский В.К. Применение телевидения при контроле и аттестации оптических систем.Изд. ЛИТМО 1983 г. 6. Иванова Т.А.,Кирилловский В.К. Исследование и контроль объективов микроскопов. Изд. ЛИТМО 1983 г. 7. Кирилловский В.К. Контроль качества объективов. Изд. ЛИТМО 1984 г. 8. Кирилловский В.К., Петрученко И.Р. Контроль оптических систем с применением лазеров.Изд. ЛИТМО 1986 г. 9. Кирилловский В.К. Количественные теневые методы при контроле оптических систем.Изд. ЛИТМО 1989 г. 10. Кирилловский В.К.,Петрученко И.Р. Дифракционные интерферометры. Изд. ЛИТМО 1990 г.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины 6.2.1. Программы обработки данных измерения ФРТ 6.2.2. Программа обработки данных измерения ФРЛ 6.2.3. Программа аберрационного расчета и исследования качества изображения оптических систем для персональных компьютеров: OPAL-PC.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины 7.1. Компьютерный класс кафедры ПиКО, оборудованный компьютерами типа Pentium Ш, включенными в сеть Internet. 7.2. Специализированная лаборатория современных методов исследования оптических систем, оснащенная комплексом установок с применением лазеров, телевизионной и компьютерной техники, а также оптические скамьи, традиционные и уникальные интерферометры и современную аппаратуру оценки качества оптического изображения.

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