М.2.2. .1. ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ …aco.ifmo.ru/upload/files/disciplines/prog_m__theory_and_methods_of... · Приложение 2. Технологии

МАКЕТ

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики»

УТВЕРЖДАЮ Проректор по УМР

______________Шехонин А.А.

“____“ ___________20__ м.п.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ М.2.2.в.1. ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ (указывается шифр и наименование дисциплины по учебному плану)

Направление подготовки 200400 Оптотехника

Квалификация (степень) выпускника магистр (магистр)

Профиль подготовки магистра 200400.68.06 Компьютерная оптика 200400.68.16 Оптические приборы Форма обучения очная

(очная, очно-заочная и др.)

Выпускающая кафедра Прикладной и компьютерной оптики Кафедра-разработчик рабочей программы Прикладной и компьютерной оптики

(название)

Семестр Трудоем-кость час.

Лек-ций, час.

Практич. занятий, час.

Лаборат. работ, час.

СРС, час.

Форма промежуточного контроля

(экз./зачет) 1 180 8,5 8,5 34 129 экзамен

Итого 180 8,5 8,5 34 129 экзамен

Санкт-Петербург

2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Разделы рабочей программы

1. Цели освоения дисциплины 2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО 3. Структура и содержание дисциплины 4. Формы контроля освоения дисциплины 5. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 6. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Приложения к рабочей программе дисциплины

Приложение 1. Аннотация рабочей программы Приложение 2. Технологии и формы преподавания Приложение 3. Технологии и формы обучения Приложение 4. Оценочные средства и методики их применения Приложение 5. Таблица планирования результатов обучения

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО (ОС вуза) по направлению подготовки 200200 Оптотехника

Программу составили: кафедра ПиКО _____________________ Бахолдин А. В., к.т.н. _____________________ Романова Г. Э., к.т.н. _____________________ Цуканова Г. И., к.т.н., доцент

Эксперт(ы): Программа одобрена на заседании УМК факультета ОИСиТ Председатель УМК ФОИСТ Коняхин И.А. д.т.н., профессор _____________________________

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью освоения дисциплины является достижение следующих результатов образования (РО): знания:

на уровне представлений: этапов процесса проектирования оптических систем; принципов и основных методов синтеза, анализа и оптимизации оптических систем;

на уровне воспроизведения: основ компьютерного моделирования работы оптических систем; основ компьютерного моделирования совместной работы оптических систем с различными типами источников излучения и приёмников оптического изображения;

на уровне понимания: функциональных и структурных схем оптико-информационных приборов и систем с определением их физических принципов действия, установлением технических требований на отдельные блоки и элементы;

умения: теоретические: способность формулировать и понимать техническое задание для

разработки оптической системы; способность применять различные методы расчёта при проектировании оптических систем;

практические: способность разработки принципиальных схем оптической части оптико-электронных приборов; способность применения компьютерных программ при разработке оптических блоков и элементов;

навыки: проектирования оптических систем; практического использования специальных компьютерных программ для расчёта оптических систем различного назначения.

Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций: общекультурных: ОК.СЛ.2 - способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению

научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности;

ОК.СЛ.6 - способен эффективно организовывать свою деятельность и эффективно управлять временем;

ОК.ОН.2 - способен применять современный инструментарий математического исследования, методы анализа и оптимизации процессов и систем;

ОК.И.2 - способен использовать на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, оформлять и представлять результаты исследований;

профессиональных: ПК.ОП.2 - способен осознавать и формулировать основные проблемы своей предметной

области, применять универсальные методы и средства для их решения; ПК.ОП.6 - способен соблюдать принципы обеспечения экономической эффективности и

целесообразности при осуществлении своей профессиональной деятельности; ПК.ОП.7 - способен следовать требованиям установленных норм и стандартов при

осуществлении своей профессиональной деятельности; ПК.ПР.2 - готов разрабатывать функциональные и структурные схемы приборов и систем

оптотехники с определением их физических принципов действия, структур и установлением технических требований на отдельные блоки и элементы;

ПК.ПР.3 - способен проектировать и конструировать узлы, блоки, приборы и системы оптотехники с использованием средств компьютерного проектирования; проведением проектных расчетов и технико-экономическим обоснованием;

ПК.ПР.7 - способен эффективно применять специализированное программное обеспечение, средства автоматизированного проектирования и ИПИ-технологий для решения научно-технических, проектных, конструкторских и технологических задач оптотехники.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина «Теория и методы проектирования оптических систем» относится к циклу профессиональных дисциплин.

Необходимыми условиями для освоения дисциплины являются знания: математики (решение уравнений, аналитическая геометрия, тригонометрия, элементы линейной и векторной алгебры, ряды, дифференциальное и интегральное исчисление, теория оптимизации), физики (геометрическая и волновая оптика), информатики (практические навыки работы за компьютером, знание принципов программирования), геометрической графики, экономики, менеджмента, умение использовать современные фундаментальные знания по естественнонаучным направлениям подготовки для выявления и анализа причинно-следственных связей в изучаемых явлениях, владение базовыми навыками работы за компьютером, а также с основными оптическими приборами: микроскопом, фотоаппаратом, телескопом, лазером и т.д.

Содержание дисциплины является логическим продолжением содержания дисциплин основы оптики, прикладная оптика, оптико-информационные приборы и служит основой для освоения дисциплин, связанных с проектированием, расчетом и эксплуатацией современных оптических и оптико-электронных приборов и систем.

В таблице приведены предшествующие и последующие дисциплины, направленные на формирование компетенций, заявленных в разделе «Цели освоения дисциплины»: № п/п Наименование компетенции Предшествующие дисциплины Последующие дисциплины

(группы дисциплин) Общекультурные компетенции 1 ОК.СЛ.2 - способен к

самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности

Физика, Прикладная оптика, Оптико-информационные приборы

Проектный менеджмент, Методология и инструментарий в современной оптотехнике, Системное проектирование оптико-электронных приборов и систем

2 ОК.СЛ.6 - способен эффективно организовывать свою деятельность и эффективно управлять временем

Экономика, Менеджмент, Физика, Прикладная оптика, Оптико-информационные приборы

Моделирование и обработка изображений, Компьютерные методы оптимизации оптических систем, Методы исследования и контроля качества оптических систем Компьютерные технологии в оптотехнике

3 ОК.ОН.2 - способен применять современный инструментарий математического исследования, методы анализа и оптимизации процессов и систем

Математика, Информатика, Прикладная оптика, Оптико-информационные приборы, Проектирование оптико-электронных приборов

Компьютерные методы контроля оптики, Моделирование и обработка изображений, Компьютерные методы оптимизации оптических систем, Методы исследования и контроля качества оптических систем

4 ОК.И.2 - способен использовать на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, оформлять и представлять результаты исследований

Математика, Информатика, Физика, Начертательная геометрия и инженерная графика, Проектирование оптико-электронных приборов

Компьютерные технологии в оптотехнике, Методы исследования и контроля качества оптических систем, Компьютерные методы конструирования оптических модулей

Профессиональные компетенции 5 ПК.ОП.2 - способен

осознавать и формулировать основные проблемы своей предметной области, применять универсальные методы и средства для их решения

Математика, Физика, Информатика, Прикладная оптика, Оптико-информационные приборы, Источники и приемники оптического излучения

Компьютерные методы контроля оптики, Компьютерные методы оптимизации оптических систем, Методы исследования и контроля качества оптических систем

6 ПК.ОП.6 - способен соблюдать принципы обеспечения экономической эффективности и целесообразности при осуществлении своей профессиональной деятельности

Экономика, Менеджмент, Физика, Прикладная оптика, Оптико-информационные приборы

Моделирование и обработка изображений, Компьютерные методы оптимизации оптических систем, Методы исследования и контроля качества оптических систем Компьютерные технологии в оптотехнике

7 ПК.ОП.7 - способен следовать требованиям установленных норм и стандартов при осуществлении своей профессиональной деятельности

Информатика, Физика, Начертательная геометрия и инженерная графика, Проектирование оптико-электронных приборов

Компьютерные технологии в оптотехнике, Компьютерные методы конструирования оптических модулей Компьютерные методы оптимизации оптических систем

8 ПК.ПР.2 - готов разрабатывать функциональные и структурные схемы приборов и систем оптотехники с определением их физических принципов действия, структур и установлением технических требований на отдельные блоки и элементы

Метрология стандартизация и сертификация, Начертательная геометрия и инженерная графика, Проектирование оптико-электронных приборов, Источники и приемники оптического излучения, Материаловедение и технология конструкционных материалов

Компьютерные методы конструирования оптических модулей, Методы исследования и контроля качества оптических систем

9 ПК.ПР.3 - способен проектировать и конструировать узлы, блоки, приборы и системы

Начертательная геометрия и инженерная графика, Прикладная механика, Оптико информационные

Компьютерные технологии в оптотехнике, Компьютерные методы конструирования оптических

оптотехники с использованием средств компьютерного проектирования; проведением проектных расчетов и технико-экономическим обоснованием

приборы, Проектирование оптико-электронных приборов, Источники и приемники оптического излучения

модулей, Методы исследования и контроля качества оптических систем

10 ПК.ПР.7 - способен эффективно применять специализированное программное обеспечение, средства автоматизированного проектирования и ИПИ-технологий для решения научно-технических, проектных, конструкторских и технологических задач оптотехники

Информатика, Прикладное программирование

Моделирование и обработка изображений, Компьютерные методы оптимизации оптических систем, Компьютерные технологии в оптотехнике,

3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

Виды учебной нагрузки и их трудоемкость, часы

№ модуля

образовательной

программы

№ раздела

Наименование раздела дисциплины

Лекци

и

Практически

е занятия

Лабораторны

е работы

СРС

Всего

часов

1

Теоретические основы проектирования оптических систем

2 2 8 32 44 1

2 Этапы проектирования оптических систем 3 3 8 32 46

2 3

Компьютерное моделирование работы оптических систем

3,5 3,5 18 65 90

ИТОГО: 8,5 8,5 34 129 180

3.1. Содержание (дидактика) дисциплины

Раздел 1. «Теоретические основы проектирования оптических систем».

Раздел 2. «Этапы проектирования оптических систем».

Раздел 3. «Компьютерное моделирование работы оптических систем».

3.2. Лекции № п/п

Номер раздела дисциплины

Объем, часов Тема лекции

1 1 2

Понятие проектирования оптических систем. Этапы проектирования оптических систем и элементов. Система автоматизированного проектирования оптических систем. Обзор программных продуктов для проектирования и расчёта оптических систем.

2 2 1,5

Этап синтеза оптических систем. Схемное проектирование. Габаритный расчёт оптической системы. Энергетический расчёт оптической системы. Стартовая система. Методы синтеза. Описание и компьютерное моделирование элементов оптической системы (материалы, поверхности).

3 2 1,5

Этап анализа оптических систем. Аберрационный расчет оптической системы. Оценка качества изображения оптической системы. Критерии и функции качества изображения, применяемые на этапе схемного проектирования.

4 3 3,5

Этап оптимизации оптических систем. Функция качества, изменяемые параметры и граничные условия. Оценка технологичности оптической системы. Исследование влияния параметров и определение допусков.

Итого: 8,5

3.3. Практические занятия № п/п

Номер раздела дисциплины

Объем, часов Тема практического занятия

1 1 2 Техническое задание на проектирование оптической системы. Структура технического задания. Оформление результатов проектирования. Техническая документация.

2 2 1,5

Компьютерное моделирование работы оптических систем совместно с различными типами источников излучения (нитями накаливания, люминесцентными лампами, лазерами, светодиодами).

3 2 1,5

Компьютерное моделирование работы оптических систем совместно с различными типами приёмников изображения (зрительным анализатором человека, фотоэмульсиями, приёмниками зарядовой связи).

4 3 3,5

Особенности компьютерного моделирования работы нестандартных оптических систем (призмы и клинья, линзы Френеля, растры, дифракционные решётки, волоконные и градиентные элементы и пр.).

Итого: 8,5

3.4. Лабораторные работы № п/п

Номер раздела дисциплины Наименование лабораторной работы Наименование

лаборатории Трудоемкость,

часов

1 1, 2, 3 Оптическая система для коллимации лазерного излучения

Компьютерный класс кафедры 8

2 1, 2, 3 Оптическая система для Компьютерный 8

концентрации лазерного излучения

класс кафедры

3 1, 2, 3

Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической

системы

Компьютерный класс кафедры

18

Итого: 34

3.5. Самостоятельная работа студента

Раздел дисциплины

№ п/п Вид СРС Трудоемкость,

часов

1 СРС 1. Изучение теоретического материала, подготовка к лекциям и практическим занятиям. 6

2

СРС 2. Подготовка к лабораторной работе «Оптическая система для коллимации лазерного излучения», оформление результатов её выполнения и подготовка к защите.

10 Раздел 1

3 СРС 3. Выполнение электронного практикума «Синтез и анализ качества изображения апланатического двухзеркального объектива».

16


5

СРС 5. Подготовка к лабораторной работе «Оптическая система для концентрации лазерного излучения», оформление результатов её выполнения и подготовка к защите.

10 Раздел 2

6 СРС 6. Выполнение электронного практикума «Расчёт технологических показателей асферического зеркала».

16


8

СРС 8. Подготовка к лабораторной работе «Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы», оформление результатов её выполнения и подготовка к защите.

40 Раздел 3

9 СРС 9. Выполнение электронного практикума «Расчёт схемы контроля асферического зеркала». 16

Итого: 129 3.6. Домашние задания, типовые расчеты и т.п.

Не предусмотрены.

3.7. Рефераты Не предусмотрены.

3.8. Курсовые работы по дисциплине Не предусмотрены.

4. ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Контроль освоения дисциплины включает в себя текущую аттестацию, рубежную аттестацию и промежуточный контроль. Текущая аттестация студентов производится в дискретные временные интервалы лектором и преподавателем (ями), ведущими лабораторные работы по дисциплине в следующих формах:

• посещение лекций; • выполнение практических и лабораторных работ; • защита лабораторных работ; • отдельно оцениваются личностные качества студента (аккуратность,

исполнительность, инициативность) – работа у доски, своевременная сдача тестов, отчетов к лабораторным работам и письменных домашних заданий.

Рубежная аттестация студентов производится по окончании раздела дисциплины в следующих формах:

• выполнение электронных практикумов. Промежуточный контроль по дисциплине проходит в форме письменного экзамена.

Фонды оценочных средств, включающие типовые задания для лабораторных работ и электронных практикумов и методы контроля, позволяющие оценить РО по данной дисциплине, включены в состав УМК дисциплины и перечислены в Приложении 4.

Критерии оценивания, перечень контрольных точек и таблица планирования результатов обучения приведены в Приложениях 4 и 5 к Рабочей программе.

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

а) основная литература:

1. Проектирование оптико-электронных приборов: Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп./ Ю.Б. Парвулюсов, С.А, Родионов, В.П. Солдатов, А.А, Шехонин; Под ред. Ю.Г. Якушенкова. – М.: Логос, 2000.

2. Русинов М.М., Грамматин А.П., Иванов П.Д., Андреев Л.Н., Агальцова Н.А., Ишанин Г.Г., Василевский О.Н., Родионов С.А. Вычислительная оптика. Справочник. Изд.2. 2008. 424 с..

3. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.Н. Теория оптических систем: Учебное пособие. 4-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2008. –446с.: ил.

4. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем. М.: Логос. 2000.-581 с.

5. Цуканова Г.И., Бахолдин А.В. Специальные разделы прикладной оптики. Учебно- методическое пособие под редакцией профессора Шехонина А.А.-СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. –79с.:ил.

б) дополнительная литература:

1. Чуриловский В.Н. Теория хроматизма и аберраций третьего порядка. Л.: Машиностроение. 1968.

2. Методология проектирования оптических приборов: учебное пособие. А.А.Шехонин, В.М.Домненко, О.А.Гаврилина - СПб: Изд-во СПбГУ ИТМО, 2006.

3. Сокольский М.Н. Допуски и качество оптического изображения. Л.: Машиностроение, 1989.- 221 с.: ил.

4. Прикладная оптика / Дубовик А.С., Апенко М.И. , Дурейко Г.В. и др. М.: Недра, 1982. 5. Андреев Л.Н. Прикладная теория аберраций. Учебное пособие. – СПб:

СПбГИТМО (ТУ), 2002. -98с.

6. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем., Л.: Машиностроение, 1982.

7. Справочник конструктора оптико-механических приборов. / В.А.Панов, М.Я.Кругер, В.В.Кулагин и др.; Под общ. ред. В.А.Панова. 3-е изд., перераб. и доп.-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1980. – 742с., ил.

8. М.М. Русинов. Композиция оптических систем – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд., 1989 – 383с.: ил.

9. Волосов Д.С. Фотографическая оптика. (Теория, основы проектирования, оптические характеристики). Учебное пособие для киновузов. 2-е издание. - М.: Искусство,1978. - 543 с

10. Основы оптики. Конспект лекций. Под редакцией Шехонина А.А.- СПб.:СПбГУ ИТМО, 2009.- 162с.

11. Optical system design. Robert E. Fisher, Beljana Tagic-Galeb, Paul R. Yoder. 2nd ed. – NY SPIE Press. 2008. 809p.

12. Haferkorn, Heinz: Optik, 3., bearb. und erw. Aufl.- Leipzig; Berlin; Heildelberg: Barth,1994 -690s.

в) программное обеспечение, Интернет-ресурсы, электронные библиотечные системы:

1. программный комплекс по расчёту оптических систем ОПАЛ 2. программный комплекс по расчёту оптических систем САРО 3. программный комплекс по расчёту оптических систем Zemax 4. материалы кафедры прикладной и компьютерной оптики http://aco.ifmo.ru/ 5. Образовательный сервер "Оптика" http://optics.ifmo.ru/ 6. Каталог оптических сред http://glass.ifmo.ru 7. Электронная копия учебного пособия "Теория и методы проектирования оптических

систем" в системе ДО «AcademicNT» http://de.ifmo.ru 8. Электронные презентации по дисциплине "Теория и методы проектирования

оптических систем" в системе ДО «AcademicNT» http://de.ifmo.ru 9. Электронные практикумы по дисциплине "Теория и методы проектирования

оптических систем" в системе ДО «AcademicNT» http://de.ifmo.ru

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1. Лекционные занятия:

a. комплект электронных презентаций/слайдов, b. аудитория, оснащенная презентационной техникой (проектор, экран,

компьютер/ноутбук,). 2. Практические занятия:

a. комплект электронных презентаций/слайдов, b. аудитория, оснащенная презентационной техникой (проектор, экран,

компьютер/ноутбук,). 3. Лабораторные работы:

a. Компьютерный класс кафедры «Прикладной и компьютерной оптики», оснащенный компьютерами с установленными на них программными средствами для расчёта оптических систем (ОПАЛ, САРО, Zemax, и др.) и с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде.

4. Прочее a. рабочее место преподавателя, оснащенное компьютером с доступом в

Интернет.

http://aco.ifmo.ru/

http://optics.ifmo.ru/

http://glass.ifmo.ru/

http://de.ifmo.ru/

http://de.ifmo.ru/

http://de.ifmo.ru/

Приложение 1 к рабочей программе дисциплины

«Теория и методы проектирования оптических систем»

Аннотация рабочей программы Дисциплина «Теория и методы проектирования оптических систем» является частью

профессионального цикла дисциплин подготовки студентов по направлению подготовки Оптотехника (200200). Дисциплина реализуется на факультете Оптико-информационных систем и технологий СПбГУ ИТМО кафедрой Прикладной и компьютерной оптики.

Дисциплина нацелена на формирование общекультурных компетенций: (ОК.СЛ.2) способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности; (ОК.СЛ.6) способен эффективно организовывать свою деятельность и эффективно управлять временем; (ОК.ОН.2) способен применять современный инструментарий математического исследования, методы анализа и оптимизации процессов и систем; (ОК.И.2) способен использовать на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, оформлять и представлять результаты исследований; профессиональных компетенций выпускника: (ПК.ОП.2) способен осознавать и формулировать основные проблемы своей предметной области, применять универсальные методы и средства для их решения; (ПК.ОП.6) способен соблюдать принципы обеспечения экономической эффективности и целесообразности при осуществлении своей профессиональной деятельности; (ПК.ОП.7) способен следовать требованиям установленных норм и стандартов при осуществлении своей профессиональной деятельности; (ПК.ПР.2) готов разрабатывать функциональные и структурные схемы приборов и систем оптотехники с определением их физических принципов действия, структур и установлением технических требований на отдельные блоки и элементы; (ПК.ПР.3) способен проектировать и конструировать узлы, блоки, приборы и системы оптотехники с использованием средств компьютерного проектирования; проведением проектных расчетов и технико-экономическим обоснованием; (ПК.ПР.7) способен эффективно применять специализированное программное обеспечение, средства автоматизированного проектирования и ИПИ-технологий для решения научно-технических, проектных, конструкторских и технологических задач оптотехники.

Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с теорией и методами проектирования и разработки оптических систем различного назначения, моделированием их работы совместно с источниками излучения и приёмниками изображения.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы, самостоятельная работа студента, консультации.

Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля: текущий контроль в форме электронных практикумов и защит лабораторных работ и промежуточный контроль в форме экзамена.

Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов. Программой дисциплины предусмотрены лекционные (8.5 часов), практические (8.5 часов), лабораторные (34 часов) занятия и (129 часов) самостоятельной работы студента.

Приложение 2

к рабочей программе дисциплины «Теория и методы проектирования оптических систем»

ТЕХНОЛОГИИ И ФОРМЫ ПРЕПОДАВАНИЯ Рекомендации по организации и технологиям обучения для преподавателя

I. Образовательные технологии

Преподавание дисциплины ведется с применением следующих видов образовательных технологий: Информационные технологии: использование электронных образовательных ресурсов (электронное учебное пособие, комплект электронных презентаций и тестов по дисциплине, размещенных в системе AcademicNT) при подготовке к лекциям, практическим и лабораторным занятиям (разделы дисциплины 1-3). Проблемное обучение: стимулирование студентов к самостоятельному приобретению знаний, необходимых для решения конкретной проблемы (разделы дисциплины 2-3). Междисциплинарное обучение: использование знаний из разных областей, их группировка и концентрация в контексте задачи усвоения лекционного материала, выполнения лабораторных работ и подготовки к их защите (разделы дисциплины 1-3). Опережающая самостоятельная работа: изучение студентами нового материала, необходимого для выполнения лабораторных работ до его изучения в ходе аудиторных занятий (разделы дисциплины 1-3).

II. Виды и содержание учебных занятий

Раздел 1. «Теоретические основы проектирования оптических систем»

Теоретические занятия (лекции) - 2 часа. Лекция 1. Информационная лекция. Понятие проектирования оптических систем. Этапы проектирования оптических систем и элементов. Система автоматизированного проектирования оптических систем. Обзор программных продуктов для проектирования и расчёта оптических систем.

Практические и семинарские занятия - 2 часа. Практическое занятие 1. Техническое задание на проектирование оптической системы. Структура технического задания. Оформление результатов проектирования. Техническая документация.

Лабораторный практикум - 8 часов, 1 работа. Наименование работы: Оптическая система для коллимации лазерного излучения. Индивидуальная работа. Цель работы: Изучение методов расчёта оптических систем, работающих с лазерным излучением. Используемое оборудование: компьютерный класс кафедры «Прикладной и компьютерной оптики», оснащенный компьютерами с установленными на них программными средствами для расчёта оптических систем (ОПАЛ, САРО, Zemax) и с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде.

Управление самостоятельной работой студента - 32 часов. СРС 1. Изучение теоретического материала, подготовка к лекции и практическому занятию. СРС 2. Подготовка к лабораторной работе «Оптическая система для коллимации лазерного излучения», оформление результатов её выполнения и подготовка к защите. СРС 3. Выполнение электронного практикума «Синтез и анализ качества изображения апланатического двухзеркального объектива».

Раздел 2. «Этапы проектирования оптических систем»

Теоретические занятия (лекции) - 3 часа. Лекция 2. Информационная лекция. Этап синтеза оптических систем. Схемное проектирование. Габаритный расчёт оптической системы. Энергетический расчёт оптической системы. Стартовая система. Методы синтеза. Описание и компьютерное моделирование элементов оптической системы (материалы, поверхности). Лекция 3. Информационная лекция. Этап анализа оптических систем. Аберрационный расчет оптической системы. Оценка качества изображения оптической системы. Критерии и функции качества изображения, применяемые на этапе схемного проектирования.

Практические и семинарские занятия - 3 часа. Практическое занятие 2. Компьютерное моделирование работы оптических систем совместно с различными типами источников излучения (нитями накаливания, люминесцентными лампами, лазерами, светодиодами). Практическое занятие 3. Компьютерное моделирование работы оптических систем совместно с различными типами приёмников изображения (зрительным анализатором человека, фотоэмульсиями, приёмниками зарядовой связи).

Лабораторный практикум - 8 часов, 1 работа. Наименование работы: Оптическая система для концентрации лазерного излучения. Индивидуальная работа. Цель работы: Углубление знаний этапов синтеза, анализа и оптимизации оптических систем и приобретение практических навыков расчёта систем для концентрации лазерного излучения. Используемое оборудование: компьютерный класс кафедры «Прикладной и компьютерной оптики», оснащенный компьютерами с установленными на них программными средствами для расчёта оптических систем (ОПАЛ, САРО, Zemax) и с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде.

Управление самостоятельной работой студента - 32 часов. СРС 4. Изучение теоретического материала, подготовка к лекциям и практиеским занятиям. СРС 5. Подготовка к лабораторной работе «Оптическая система для концентрации лазерного излучения», оформление результатов её выполнения и подготовка к защите. СРС 6. Выполнение электронного практикума «Расчёт технологических показателей асферического зеркала».

Раздел 3. «Компьютерное моделирование работы оптических систем»

Теоретические занятия (лекции) - 3,5 часа. Лекция 4. Информационная лекция. Этап оптимизации оптических систем. Функция качества, изменяемые параметры и граничные условия. Оценка технологичности оптической системы. Исследование влияния параметров и определение допусков.

Практические и семинарские занятия – 3,5 часа. Практическое занятие 4. Особенности компьютерного моделирования работы нестандартных оптических систем (призмы и клинья, линзы Френеля, растры, дифракционные решётки, волоконные и градиентные элементы и пр.).

Лабораторный практикум - 18 часов, 1 работа. Наименование работы: Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы. Индивидуальная работа. Цель работы: Приобретение практических навыков разработки оптической системы от габаритного расчёта до расчёта допусков и создания конструкторской документации.

Используемое оборудование: компьютерный класс кафедры «Прикладной и компьютерной оптики», оснащенный компьютерами с установленными на них программными средствами для расчёта оптических систем (ОПАЛ, САРО, Zemax) и с доступом в Интернет, предназначенные для работы в электронной образовательной среде.

Управление самостоятельной работой студента - 65 часов. СРС 7. Изучение теоретического материала, подготовка к лекциям и практическим занятиям. СРС 8. Подготовка к лабораторной работе «Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы», оформление результатов её выполнения и подготовка к защите. СРС 9. Выполнение электронного практикума «Расчёт схемы контроля асферического зеркала».

Курсовые работы Не предусмотрены.



ТЕХНОЛОГИИ И ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ Рекомендации по освоению дисциплины для студента

Трудоемкость освоения дисциплины составляет 180 часов, из них 51 час аудиторных занятий и 129 часов, отведенных на самостоятельную работу студента. Рекомендации по распределению учебного времени по видам самостоятельной работы и разделам дисциплины приведены в таблице. Контроль освоения дисциплины осуществляется в соответствии с ПОЛОЖЕНИЕМ о проведении текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов СПбГУ ИТМО (БАРС). Формы контроля и критерии оценивания приведены в Приложении 4 к Рабочей программе.

Вид работы Содержание (перечень вопросов) Трудоемкость, час. Рекомендации

Раздел 1. «Теоретические основы проектирования оптических систем» СРС 1. Подготовка к лекции № 1

Изучение вопросов организации проектирования оптических систем. Этапы проектирования оптических систем и элементов. Знакомство с системой автоматизированного проектирования оптических систем. Обзор программных продуктов для проектирования и расчёта оптических систем.

3

См. главу 1 уч. пособия «Теория и методы проектирования оптических систем», конспект лекций

СРС 1. Подготовка к практическому занятию № 1

Изучение требований к оформлению технического задания на проектирование оптической системы. Структура технического задания. Изучение требований к оформлению результатов проектирования. Техническая документация.

3


СРС 2. Подготовка к лабораторной работе «Оптическая система для коллимации лазерного излучения».

Изучение теоретического материала, порядка выполнения работы.

5

См. описание лабораторной работы «Оптическая система для коллимации лазерного излучения».

СРС 2. Оформление отчета по лабораторной работе «Оптическая система для коллимации лазерного излучения».

Производство вычислений, оформление графического материала, формулировка выводов, оформление отчета.

5

См. описание лабораторной работы «Оптическая система для коллимации лазерного излучения».

СРС 3. Электронный практикум «Синтез и анализ качества изображения апланатического двухзеркального объектива».

Изучение теоретического материала, выполнение электронного практикума и оформление отчёта.

16

См. описание электронного практикума «Синтез и анализ качества изображения апланатического двухзеркального объектива» в системе ДО «AcademicNT»

Итого по разделу № 1 32 часа Раздел 2. «Этапы проектирования оптических систем»

СРС 4. Подготовка к лекции № 2

Изучение принципов синтеза оптических систем. Ознакомление с базами данных оптических систем. Знакомство с формами описания и компьютерного моделирования элементов оптической системы (материалы, поверхности).

2



Изучение принципов анализа оптических систем, последовательности оценки качества изображения оптической системы. Ознакомление с критериями и функциями качества изображения, применяемыми на этапе схемного проектирования.

2



Изучение вопросов компьютерного моделирования работы оптических систем совместно с различными типами источников излучения (нитями накаливания, люминесцентными лампами, лазерами, светодиодами).

1



Изучение вопросов компьютерного моделирования работы оптических систем совместно с различными типами приёмников изображения (зрительным анализатором человека, фотоэмульсиями, приёмниками зарядовой связи).

1


СРС 5. Подготовка к лабораторной работе «Оптическая система для концентрации лазерного излучения».

Изучение теоретического материала, порядка выполнения работы.

5

См. описание лабораторной работы «Оптическая система для концентрации лазерного излучения».

СРС 5. Оформление отчета по лабораторной работе «Оптическая система для концентрации лазерного

Производство вычислений, оформление графического материала, формулировка выводов, оформление отчета.

5

См. описание лабораторной работы «Оптическая система для концентрации лазерного излучения».

излучения». СРС 6. Электронный практикум «Расчёт технологических показателей асферического зеркала».

Изучение теоретического материала, выполнение электронного практикума и оформление отчёта.

16

См. описание электронного практикума «Расчёт технологических показателей асферического зеркала» в системе ДО «AcademicNT»

Итого по разделу № 2 32 часа Раздел 3. «Компьютерное моделирование работы оптических систем»


Изучение основ оптимизации оптических систем. Ознакомление с функцией качества, изменяемыми параметрами и граничными условиями. Получение знаний об оценке технологичности, исследовании влияния параметров и определение допусков оптической системы.

4



Обсуждение особенностей компьютерного моделирования работы нестандартных оптических систем (призмы и клинья, линзы Френеля, растры, дифракционные решётки, волоконные и градиентные элементы и пр.).

5


СРС 8. Подготовка к лабораторной работе «Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы».

Изучение теоретического материала, порядка выполнения работы. Изучение 1 этапа лабораторной работы (синтез). Изучение 2 этапа лабораторной работы (анализ качества изображения). Изучение 3 этапа лабораторной работы (определение влияния параметров и расчёт допусков). 10

См. описание лабораторной работы «Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы».

СРС 8. Оформление отчета по лабораторной работе «Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы».

Производство вычислений, оформление графического материала, формулировка выводов. Оформление отчета по этапам. Оформление оптического выпуска на телескопическую систему.

30

См. описание лабораторной работы «Разработка, анализ качества изображения, определение влияния параметров и расчёт допусков телескопической системы».

СРС 9. Электронный практикум «Расчёт схемы контроля асферического зеркала».

Изучение теоретического материала, выполнение электронного практикума и оформление отчёта. 16

См. описание электронного практикума «Расчёт схемы контроля асферического зеркала» в системе ДО «AcademicNT»

Итого по разделу № 3 65 часов



ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА И МЕТОДИКИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Оценивание уровня учебных достижений студента осуществляется в виде текущего, рубежного и промежуточного контроля в соответствии с ПОЛОЖЕНИЕМ о проведении текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации студентов СПбГУ ИТМО (БаРС).

Фонды оценочных средств

Фонды оценочных средств, позволяющие оценить РО по данной дисциплине, включают в себя:

Комплект заданий электронного практикума «Синтез и анализ качества изображения апланатического двухзеркального объектива» - 30 вариантов, размещены в ЦДО;

Задания электронного практикума «Расчёт технологических показателей асферического зеркала» - 30 вариантов, размещены в ЦДО;

Задания электронного практикума «Расчёт схемы контроля асферического зеркала» - 30 вариантов, размещены в ЦДО;

Комплект билетов для сдачи экзамена по дисциплине – 15 шт., приведен в приложении к учебному пособию по дисциплине.

Критерии оценивания

Лабораторные работы Допуск к ЛР Допуск к выполнению ЛР происходит при условии наличия у студента печатной версии титульного листа отчета по лабораторной работе в форме тестирования (список из 10 тестовых вопросов выдается на занятии, время на ответ – 10 минут). Баллы начисляются в зависимости от количества правильных ответов:

от 5 до 7 правильных ответов – min балл, более 7 правильных ответов – max балл.

Отчет по ЛР Отчет по лабораторной работе представляется в рукописном или печатном виде в формате, предусмотренном шаблоном отчета по лабораторной работе. Защита отчета проходит в форме доклада студента по выполненной работе и ответов на вопросы преподавателя. В случае если оформление отчета и поведение студента во время защиты соответствуют указанным требованиям, студент получает максимальное количество баллов. Основаниями для снижения количества баллов в диапазоне от max до min являются:

небрежное выполнение, низкое качество графического материала (неверный выбор масштаба чертежей, отсутствие указания единиц измерения на графиках),

небрежное оформление табличных данных Отчет не может быть принят и подлежит доработке в случае:

отсутствия необходимых разделов, отсутствия необходимого графического материала, отсутствие результатов компьютерного моделирования

Таблица планирования результатов обучения студентов I курса магистратуры по дисциплине «Теория и методы проектирования

оптических систем» в 9 семестре

Модуль 17 Модуль 18

Промежуточная

аттестация по

дисц-не

Текущий контроль по точкам Рубежный

контроль

Текущий контроль по точкам Рубежный

контроль 1 2 3 4 1 2 3 4

[min] max [min] max [min] max [min] max [min] max [min] max [min] max [min] max [min] max [min] max [min] max

Посещение

лекций 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75

Работа на

лекции 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75

Выполнение

л.р. 1 2 1 2 1 2 1 2 0,5 1 0,5 1 0,5 1 0,5 1

Защита отчета

по л.р. 2 3,5 2 3,5 4 7

Посещение

практических

занятий

(семинаров) 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75

Работа на

практических

занятиях 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75 0,5 0,75

Работа с

электронными

УМК 6 10 6 10

Экзамен 12 20

Личностные

качества 0,75 1,25 0,75 1,25 0,75 1,25 0,75 1,25 0,75 1,25 0,75 1,25 0,75 1,25 0,75 1,25

Балловая

стоимость

одной точки 3,75 6,25 5,75 9,75 3,75 6,25 5,75 9,75 6 10 3,25 5,25 3,25 5,25 3,25 5,25 7,25 12,25 6 10 12 20

Накопление

баллов 3,75 6,25 9,5 16 13,25 22,25 19 32 25 42 3,25 5,25 6,5 10,5 9,75 15,75 17 28 23 38 35 58

Итого: 25 42 60 100

Documents

М.2.2. .1. ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ …aco.ifmo.ru/upload/files/disciplines/prog_m__theory_and_methods_of... · Приложение 2. Технологии