WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Т.В. ИВАНОВА ВВЕДЕНИЕ В ПРИКЛАДНУЮ И КОМПЬЮТЕРНУЮ ОПТИКУ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Санкт-Петербург 2002 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Т.В. Иванова ВВЕДЕНИЕ В ПРИКЛАДНУЮ И КОМПЬЮТЕРНУЮ ОПТИКУ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ Санкт-Петербург 2002 Иванова Т.В. Введение в прикладную и компьютерную оптику. Конспект лекций. – СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2002. - 92 с.

Обсуждаются основные направления развития и задачи специализаций кафедры Прикладной и компьютерной оптики. Рассматривается назначение, основные характеристики и особенности таких типовых оптических приборов, как фотоаппараты, микроскопы, телескопы и осветительные системы, а также рассматривается устройство человеческого глаза.

Для студентов оптических и приборостроительных направлений подготовки и специальностей.

Конспект лекций подготовлен на кафедре Прикладной и компьютерной оптики Санкт-Петербургского государственного института точной механики и оптики (технического университета).

Составитель: к.т.н., доц. Иванова Т.В.

Рецензенты : к.т.н., проф. Шехонин А.А.; д.т.н., проф. Вознесенский Н.Б.

Одобрено на заседании кафедры Прикладной и компьютерной оптики 26 сентября 2001 г., протокол № 2.

© Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет), 2002 © Т.В. Иванова, 2002 Введение Дисциплина «Введение в специальность» знакомит студентов первого курса со своей будущей специальностью и той областью деятельности, в которой им предстоит работать. В рамках этой дисциплины, которая читается первокурсникам кафедры Прикладной и компьютерной оптики (группы 100, 101, 120), студенты получают представление о целях и задачах современной прикладной и компьютерной оптики. Дисциплина включает в себя лекции, посвященные оптическим системам и их основным характеристикам, а также практические занятия, на которых предусмотрено знакомство студентов с компьютерными оптическими программами. Такое формирование начальных понятий и навыков призвано способствовать лучшему, более глубокому освоению материала, изучаемого на старших курсах.

Данное пособие представляет собой конспект лекций, которые читаются по курсу «Введение в специальность». Глава 1 посвящена основным направлениям развития и задачам специализаций "Оптические приборы", "Компьютерная оптика" и "Проектирование оптических систем". В этой же главе обсуждаются различия понятий «направление», «специальность» и «специализация».

Глава 2 дает представление об устройстве человеческого глаза. Глаз рассматривается с двух точек зрения: как самостоятельная оптическая система и как приемник изображения, с которым работают многие оптические приборы.

В главе 3 в доступной форме рассказывается об основных характеристиках оптических систем.

Главы 4-7 рассматривают назначение, основные характеристики и особенности таких типовых оптических приборов, как фотоаппараты, микроскопы, телескопы и осветительные системы.

1. Специальность и специализация Рассмотрим направления подготовки специалистов на кафедре Прикладной и компьютерной оптики.

1.1. Отличие понятий «направление», «специальность», «специализация» Знакомство со своей будущей профессией лучше всего начать с пояснения некоторых важных понятий, в частности, таких как направление, специальность, специализация.

Понятие направление описывает общую профессиональнообразовательную область, в рамках которой осуществляется подготовка бакалавров, инженеров и магистров.

Студенты кафедры прикладной и компьютерной оптики (группы 100, 101, 120), как и все студенты факультета оптико-информационных систем и технологий, обучаются по направлению «Оптотехника»; по инженерной специальности «Оптические и оптико-электронные приборы», а также по бакалаврским программам и магистерским специализациям: «Компьютерная оптика» и «Прикладная оптика».

Направление «Оптотехника» – область науки и техники, направленная на исследование и создание и применение оптических приборов, систем и технологий.

Специальность «Оптико-электронные приборы и системы» – область техники, связанная с разработкой, изготовлением, исследованием и эксплуатацией оптических приборов, устройств и систем.

Специализация – это непосредственный вид профессиональной деятельности. В рамках одной специальности есть несколько специализаций, обычно своя для каждой группы.

В государственном дипломе о высшем образовании указывается специальность (для инженеров) или направление (для бакалавров и магистров), а специализация указывается в приложении.

Кроме различных специализаций, студенты могут получить различную квалификацию в соответствии с многоступенчатой системой высшего профессионального образования:

• бакалавр наук – 4 года обучения;

• дипломированный специалист (инженер) – 5,5 лет обучения;

• магистр наук – 6 лет обучения.

Различия в учебном плане у студентов, получающих различные специализации и квалификации, начинаются с 6 семестра (3 курс), а до этого у всех студентов одной специальности учебная программа одинаковая, что позволяет студентам в процессе обучения выбирать ступень подготовки (Приложение A).

Для квалификации «инженер» важны и специальность, и специализация.

Инженер – это специалист в конкретной области техники. Та или иная специализация позволяет инженеру самостоятельно решать определенные прикладные задачи.



Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования гласит:

«Объектами профессиональной деятельности инженера по специальности «Оптико-электронные приборы и системы» являются оптические приборы и системы, их теоретическое, математическое, информационное и программное обеспечение, способы и методы их использования, проектирования, контроля, исследования и технология их производства.

Инженер по специальности «Оптико-электронные приборы и системы» в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять следующие виды профессиональной деятельности: проектно-конструкторская;

научно-исследовательская; организационно-технологическая; производственноуправленческая; эксплуатационно-наладочная.» Бакалавр – это специалист в широкой области, поэтому для квалификации «бакалавр» указывается общее направление. Для получения квалификации бакалавра достаточно 4 лет обучения.

После получения диплома бакалавра возможно поступление в магистратуру (еще 2 года обучения). Обучение в магистратуре также определяется направлением, однако магистр должен не только обладать знаниями в широкой области своей деятельности, но и являться специалистом по конкретной научной теме. Поэтому для каждого студента, обучающегося в магистратуре составляется индивидуальный план научных исследований.

Выпускники, успешно обучавшиеся в магистратуре, способны самостоятельно ставить и решать новые научные задачи.

В отличие от инженера магистр более подготовлен к научноисследовательской и педагогической деятельности, а также может выполнять те же виды работ, что и инженер.

Традиционно специализация закреплена за какой-то конкретной группой, причем, поскольку первые 2 года у всех групп факультета учебная программа абсолютно одинаковая, каждый студент имеет возможность перейти в другую группу в соответствии со своими интересами. Рисунок 1.1 показывает соответствие специализации и квалификации номеру группы.

направление подготовки - 551900 "Оптотехника" квалификация "инженер" степень специальность 190700 "бакалавр техники и технологий" "Оптико-электронные приборы и системы" или "магистр техники и технологий" специализация специализация специализация "Оптические приборы" "Проектирование оптических систем" "Компьютерная оптика" группа х00 группа х20 группа хРис. 1.1. Направление подготовки.

Рассмотрим подробнее различные специализации, которым обучают на кафедре прикладной и компьютерной оптики.

Специализация «Проектирование оптических систем» Проектирование оптических систем – это сочетание теоретических и прикладных дисциплин, изучающих общие законы и принципы оптики, теорию оптических систем, оптические измерения, оптическое изображение и методы проектирования различных типов оптических систем.

В этой специализации основное внимание уделяется теории и методам проектирования и исследования оптических систем, использованию всего арсенала готовых пакетов компьютерных программ для проектирования оптических систем различного назначения и обработки результатов оптических измерений.

В качестве примеров оптических систем, разрабатываемых такими специалистами, можно назвать объективы фотоаппаратов и видеокамер, zoomобъективы для киносъемочных камер, бинокли, оптические прицелы, наземные и космические телескопы, системы ночного видения, работающие в инфракрасной области спектра, высокоточные проекционные объективы для микроэлектроники, и многое другое.

Специализация «Оптические приборы» Специализация «Оптические приборы» – это сочетание проектирования оптических систем, конструирования и компьютерно-ориентированных конструкторских систем.

Данная специализация готовит специалистов по разработке и исследованию оптических приборов. Специалисты этого направления получают хорошую подготовку в области проектирования (расчета) оптических систем.

Кроме того, они являются квалифицированными специалистами в области конструирования оптических приборов различного назначения, и выпуска соответствующей документации на ее изготовление.

Одно из актуальных в настоящее время направлений деятельности таких специалистов – изучение и использование единой технологической цепочки CAE/CAD/CAM (проектирование/конструирование/изготовление), а также создание новых пакетов программ для автоматизации подбора конструктивных решений и выполнения типовых операций по выпуску чертежей.

Специализация «Компьютерная оптика» Компьютерная оптика – это сочетание оптики, математики и компьютерных технологий. Специализация «Компьютерная оптика» направлена на подготовку специалистов, способных решать сложные инженерные и научные проблемы в области прикладной оптики на основе профессионального использования математических методов и компьютерных технологий.

Как показывает опыт, задачи прикладной оптики настолько разнообразны, сложны и комплексны, а применяемые для их решения методы, модели и средства настолько универсальны, что специалист по компьютерной оптике может практически безо всякой адаптации успешно работать в любой области, требующей владения математическими методами и компьютерными технологиями.

1.2. Прикладная оптика и ее потребность в компьютерных технологиях Хотя у специализаций кафедры Прикладной и компьютерной оптики есть различия, их объединяет общая область деятельности – прикладная оптика.





Прикладная оптика – это комплекс теоретических и прикладных дисциплин, изучающих общие законы и принципы оптики, оптическое изображение, основы, методы, и технологии проектирования, контроля, аттестации и юстировки оптических систем и оптических приборов.

Хотя природа наделила человека прекрасным оптическим прибором – глазом (глава 2), потребность человека в оптических приборах очень велика.

Первые оптические приборы возникли как дополнение к глазу, так как возможности глаза ограничены (невысокая разрешающая способность, невысокая чувствительность при низкой яркости освещения). Путем создания и использования наблюдательных оптических приборов эти ограничения преодолеваются.

Такие оптические приборы, как лупа и микроскоп (глава 6), расширяют возможности зрения при наблюдении близких, но очень мелких предметов.

Телескопические приборы: подзорная труба, бинокль, телескоп (глава 5) – расширяют возможности зрения при наблюдении далеких объектов.

Ограниченные возможности человеческой памяти приводят к необходимости сохранения зрительных образов. Фотоаппараты и видеокамеры (глава 4) предназначены для формирования изображения на приемнике изображения (фото- и кинопленка, ПЗС-матрица), которые позволяют запомнить это изображение.

Проекционные приборы служат для изменения масштаба изображения, они либо увеличивают изображение, либо уменьшают во много раз, например, с целью формирования электронных микросхем. Широко известны проекционные объективы и устройства, которые предназначены для демонстрации слайдов, кинофильмов, для печати фотографий.

Осветительные устройства (глава 7) предназначены для создания определенных условий освещения, специальных эффектов (сложные оптические системы с подвижными оптическими элементами).

Для того чтобы понять устройство и принцип действия всех этих приборов, необходимо знать основные характеристики оптических систем (глава 3).

В XXI веке ни одна область человеческой деятельности не обходится без использования компьютера. Оптика – наукоемкая область техники, и ее потребность в компьютерах очень высока. При помощи компьютерных технологий можно быстро и точно выполнить трудоемкие вычисления, которые являются основой и для проектирования оптических систем, и для автоматизированного конструирования.

Компьютерные технологии позволяют быстро и наглядно визуализировать большие объемы информации. В оптике это могут быть и распределение интенсивности, и различные таблицы и графики параметров оптических систем, и результаты оптических измерений, и многое другое. Благодаря использованию компьютера специалист-оптик избавляется от рутинных действий, ему предоставляется вся необходимая информация для решения творческих задач. Благодаря компьютерному моделированию работы оптических приборов можно сэкономить на создании, покупке и настройке дорогостоящего оптического оборудования для испытания оптической схемы или метода измерений.

Вычислительная оптика не только явилась одним из первых практических приложений для компьютеров, но и способствовала развитию многих новых методов прикладной математики (например, методов оптимизации).

Прикладная оптика и компьютерные технологии в настоящее время становятся все более взаимосвязанными. К методам прикладной оптики прибегают при создании оптических запоминающих устройств и вычислительных узлов на принципиально новой основе. Во всех областях широко применяются и оптические средства телекоммуникаций.

1.3. Современные направления прикладной и компьютерной оптики Рассмотрим более подробно некоторые направления деятельности и научных исследований в области прикладной и компьютерной оптики.

Компьютерное проектирование оптических систем Целью этого направления является получение конструктивных и технологических параметров оптических систем требуемого качества.

Первоначальное формирование конструкционной модели оптической системы может происходить при помощи специальных компьютерных программ синтеза оптических систем с требуемыми характеристиками. Затем наступает этап анализа, на котором рассчитывается ход лучей через оптическую систему и по различным характеристикам определяется качество оптической системы. К параметрам, позволяющим оценить качество оптического изображения, относятся параксиальные характеристики, величины аберраций, габариты пучков, а также различные специальные критерии качества, принятые в оптике. Дальнейшее изменение конструктивных параметров оптической системы для достижения требуемых значений характеристик качества возможно при помощи программ оптимизации.

Основной вклад в это направление вносят специалисты по проектированию оптических систем. А специалисты по компьютерной оптике разрабатывают соответствующее программное обеспечение, с которым потом работают расчетчики оптических систем.

На лабораторных работах предусмотрено знакомство с одной из таких программ – это широко известная в оптической промышленности программа для автоматизированного проектирования оптических систем OPAL-PC, которая была разработана на кафедре прикладной и компьютерной оптики.

Конструирование оптических приборов Целью этого направления является разработка оптического прибора в целом, начиная с проектирования общей функциональной схемы прибора и заканчивая конструированием его оптических и механических деталей и узлов при активном использовании систем автоматизированного конструирования.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.