Основы светотехники - Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор института
___________А.Н.Яковлев
«___»_____________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ
Направление (специальность) ООП: 200400 «Оптотехника»
Профиль подготовки: «Основы светотехники»
Квалификация: магистр
Базовый учебный план приема 2013 г.
Курс 1, семестр 2
Количество кредитов 2
Код дисциплины: ПЦ.В.2.1.0
Виды учебной деятельности
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
ОФ
8
24
32
32
64
Вид промежуточной аттестации: зачет во 2 семестре
Обеспечивающее подразделение: кафедра «Лазерной и световой техники»
Заведующий кафедрой _____________
Яковлев А.Н.
Руководитель ООП
_____________
Лисицын В.М.
Преподаватель
______________ Гриценко Б.П.
2013 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины: формирование у обучающихся знаний,
умений и навыков, обеспечивающих достижение целей ЦД.1, ЦД.2, ЦД.3 по
профилю «Основы светотехники» освоения дисциплины в области обучения,
воспитания и развития, соответствующих целям Ц1, Ц2, Ц3 ООП.
ЦД.1. Готовность выпускников к научно-исследовательской деятельности, в
том числе в междисциплинарных областях, направленной на изучение физических основ восприятия цвета человеком и измерения его с помощью современных оптических методов и приборов;
ЦД.2. Готовность выпускников к деятельности, направленной на разработку
спектральных методов контроля и анализа цвета, новых оптических технологий и оптических методов измерения.
ЦД.3. Готовность выпускников к эксплуатации и обслуживанию современного исследовательского и измерительного оборудования, в том числе с временным разрешением, к применению современных методов обработки и анализа результатов измерений.
Основная задачи преподавания дисциплины – ознакомить студентов с
основами оптических методов исследования и анализа, элементной базой и
принципами построения приборов для цветовых исследований; научить с
помощью математических методов записывать цветовые уравнения и решать
их; формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков работы в области изучения и анализа цвета.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Основы светотехники» относится к общенаучному циклу
М.1. Дисциплина построена по модульному принципу. Каждый модуль является автономной частью дисциплины и содержит элементы теоретического,
практического и самостоятельного обучения. Трудоемкость освоения каждого модуля оценивается в кредитах, который состоит из работы, включающей
освоение лекционного материала, практическую и самостоятельную деятельности. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 кредита. Дисциплина
состоит из 2 разделов.
Для успешного освоения дисциплины «Основы светотехники» студент
должен знать: основы оптики; физические основы работы источников и приемников оптического излучения; основы взаимодействия излучений с веществом.
Дисциплине «Основы светотехники» предшествует освоение дисциплин
(пререквизиты):
 Физика конденсированного состояния,
 Фотометрия, колориметрия
Содержание разделов дисциплины «Основы светотехники» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (кореквизиты):
 Теория люминесценции
 Методы спектрального анализа
 Импульсная лазерная техника
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП, освоение дисциплины направлено
на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены
при изучении данной дисциплины
Составляющие результатов обучения
Результаты
обучения
(компетенции
из ООП и из Код
ФГОС)
Знания
Р.1.
З.1.1 Знать происхождение,
3.1.3 получение, математическое и графическое представление, параметры и
характеристики цвета
Р.2.
З.2.1 Знать основные принципы
и методы цветовых измерений
Р.3.
З.2.3 Знать все основные цветовые системы. Знать физические основы их создания
и области применимости.
Р.4
3.2.1. Знать принципы функцио3.4.1. нирования и построения
приборов для измерения
цвета. Знать конструкции,
элементную базу, основные узлы, характеристики
и параметры приборов для
измерения цвета.
Код
Умения
Код
Владение
У.1.1 Уметь анализировать
В.1.1 Владеть опытом
У.1.3 структуру цвета составлять В.1.3 работы с литературматематические уравнения
ными источниками
цветов.
и Internet-сайтами
Иметь навыки графического и математического представления спектров.
У.2.1 Уметь делать обоснованВ.2.1 Владеть информаный выбор спектрального
цией об основных
оборудования для исследопараметрах и харакваний.
теристиках анализаторов частоты излучения.
У.2.3 Уметь анализировать и ин- В.2.3 Владеть основными
терпретировать результаты
методиками и навыцветовых измерений.
ками обработки реУметь использовать для
зультатов измерения
расчетов разные цветовые
цветов.
системы и правильно выбирать оптимальную для решения конкретных задач.
Уметь разрабатывать схемы
экспериментальных установок для изучения и смешивания цветов.
Уметь делать выбор элементов оптических систем,
источников и приёмников
оптического излучения,
контрольно-измерительных
приборов.
В результате освоения дисциплины «Основы светотехники» студентом
должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п
РД.1
РД.2
Результат
Готовность обосновывать выбор метода изучения цвета.
Готовность к разработке схем, принципов функционирования и построе-
РД.3
РД.4
РД.5
РД.6
ния приборов и экспериментальных установок для работы в области цветовых измерений.
Знание современного оборудования для цветовых исследований и тенденций их развития. Готовность к его эксплуатации, градуировке и настройке
цветовых приборов.
Готовность применять математический аппарат для анализа цвета и его
получения.
Готовность обрабатывать, анализировать и систематизировать научнотехническую информацию, передовой отечественный и зарубежный опыт
в области цветовых измерений.
Готовность применять полученные знания, умения и навыки в области
цветовых измерений для анализа и интерпретации результатов исследования цвета.
4. Структура и содержание дисциплины
Курс «Основы светотехники» состоит из лекционных и практических занятий. Лекционные занятия представлены двумя разделами.
Раздел 1. Цветовая чувствительность.
Введение. Цвет и цветность. Ощущение цвета, количественная и качественная составляющие.
Тема 1. Цвет и его компоненты. КЗС – компоненты цвета. Цветовые
уравнения. Цветовое пространство. Пространство реальных цветов. Диаграмма цветности. Количественное значение основных цветов. Яркостный
коэффициент цвета. Аддитивное смешивание цветов. Закон Грассмана.
Цветность смеси излучений.
Тема 2. Основы построения колориметрических систем.
Практические колориметрические системы. Преобразование систем.
Система цветов RGB. Диаграмма цветности r, g. Международная система
XYZ. Кривые сложения x ( ), y ( ) , z ( ) . Диаграмма цветности х, у. Основная физиологическая система КЗС
Раздел 2. Особенности цветового зрения.
Тема 1. Аномалии цветового зрения. Полная цветовая слепота. Нарушения палочкового аппарата. Кривые сложения. Система L, λ, p. Цветовой
тон излучения. Чистота цвета. Пороги цветового зрения. Источники белого
цвета.
Тема 2. Цветовые расчеты. Линейчатый спектр излучения. Сплошной
спектр излучения. Индекс цветопередачи.
Практические занятия
1. Цвет и его компоненты. Цветовые уравнения.
2. Цветовое пространство. Диаграмма цветности. Аддитивное смешивание
цветов. Закон Грассмана. Цветность смеси излучений.
3. Практические колориметрические системы.
4. Преобразование систем.
5, 6 Система цветов RGB. Решение задач в системе RGB.
7, 8. Международная система XYZ. Решение задач в системе XYZ.
9. Кривые сложения x ( ), y ( ) , z ( ) .
10-11. Цветовые расчеты. Линейчатый спектр излучения. Сплошной спектр
излучения.
12. Расчеты индекса цветопередачи.
5. Образовательные технологии
При изучении дисциплины «Основы светотехники» следующие образовательные технологии:
Таблица 3
Методы и формы организации обучения
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения
Обучение
на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
Лаб.
раб.
Пр. зан./
сем.,
+
+
Тр.*,
Мк**
СРС
К.
пр.***
+
+
+
+
Достижение результатов обучения осуществляется следующими мероприятиями. Основное содержание дисциплины излагается на обзорных лекциях. Усвоение материала в соответствии с программой производится студентом самостоятельно путем изучения материала по методическим пособиям, рекомендованной литературе, в том числе с использованием интернет ресурсов. Закрепление изученного материала, приобретение навыков практической работы обеспечиваются на практических занятиях. Текущий контроль
усвоения материала осуществляется путем проведения двух контрольных работ.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую
проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:
 работа с лекционным материалом,
 изучение по литературным источникам, в том числе с использованием
интернет ресурсов материалов, отраженных в содержании разделов
дисциплины.
 подготовка к практическим занятиям.
 подготовка к контрольной работе, к зачету.
6.2. Содержание самостоятельной работы по дисциплине
Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
● Темы 1, 2 раздела 1 содержания дисциплины
● Темы 1- 2 раздела 2 содержания дисциплины
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим
образом:
● проведение двух контрольных работ,
● опрос в начале практических занятий,
● решение задач у доски с объяснением методов и путей решения.
При выполнении самостоятельной работы рекомендуется использовать:
 материалы, размещенные на персональном сайте преподавателя:
http://portal.tpu.ru/SHARED/s/...
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества
освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Решение задач на практических занятиях
Контрольная работа № 1
Контрольная работа № 2
Зачет
Результаты
обучения по
дисциплине
РД.1, РД.4,
РД.5, РД.6.
РД.1 - РД.3
РД.4 - РД.6
РД.1 - РД.6
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных
средств1) (с примерами):
1. Задачи предлагаемые к решению на занятиях.
2. Вопросы к контрольным работам, например:
Вопросы к КР №1
1. Цвет и его компоненты.
2. Цветовые уравнения.
3. Цветовое пространство.
4. Пространство реальных цветов.
5. Диаграмма цветности.
6. Количественные значения основных цветов.
7. Яркостный коэффициент цвета. Плоскость равной яркости.
8. Аддитивное смешивание цветов (схемы). Закон Грассмана.
9. Цветность смеси излучения.
10.Кривые сложения.
11.Система RGB. Диаграмма цветности r, g.
12.Система XYZ. Диаграмма цветности x, y.
Вопросы к КР №2
1. Система КЗС.
2. Система Lp. Источники белого цвета.
3. Цветовой тон.
4. Цветовые расчеты. При линейчатом спектре излучения.
5. Расчет цвета излучения со сплошным спектром.
6. Индекс цветопередачи.
7. Закон Грассмана.
8. Основы построения колориметрических систем
9. Цветность смеси излучений.
10.Кривые сложения.
11.Нарушение цветового зрения.
12.Источники белого цвета.
Задачи
1. Имеются цветовые уравнения: F1 =3X + 5Y + 3Z и F2 = 10X + 15Y +
7Z Определить координаты цветности этого излучения и световой поток.
2. Излучение имеет длины волн 630 нм, и 440 нм. Лучистые яркости
630 и 440 Вт соответственно. Определить координаты цветности суммы
этих излучений. Использовать систему RGB.
3. Имеются цветовые уравнения:
F1 =33X + 51Y + 43Z;
F2 = 15X + 25Y + 73Z; F3 =21X + 55Y + 63Z
Определить световые потоки суммы этих излучений.
4.
5. Излучение имеет удельные координаты цвета х = 0, 3483; у = 0,0230
z = 1,7471
Определить координаты цветности этого излучения в системе XYZ.
6. Определить компоненты цвета двух монохроматических излучений,
если их потоки Ф1 = 680 лм, Ф2 = 1360 лм. λ1 = 500 нм, λ2 = 600 нм. Использовать цветовую систему XYZ.
7. Излучение характеризуется цветовым уравнением
Ф = -10R +10 G+10B
Запишите цветовое уравнение этого излучения в системе XYZ и определите
световой поток этого излучения.
8. Излучение имеет длину волны λ = 560 нм, мощность 100 Вт. Записать
цветовое уравнение в системе XYZ и определить его цветность.
9. Цветовое уравнение F = 7X + 25Y + 3Z. Определить световой поток
и его цветность.
10. Какие потоки имеют одинаковые цветности, мощности.
F = 7X + 25Y + 3Z
F = 1,4X + 5Y + 0,6Z
F = 14X + 25Y + 6Z
11. Определить цветность и тон данного излучения.
F = 31X + 23Y + 43Z
12. Определить цветность и тон суммы излучений. Ф1 = 100 Вт, λ1 = 450
нм, Ф2 = 300 Вт, λ1 = 550 нм.
3. Вопросы, выносимые на экзамен, например:
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ИФВТ
Экзаменационный билет № 1
по дисциплине «Основы светотехники».
1. Цветовое пространство.
2. Излучение имеет длину волны λ = 560 нм, мощность 100 Вт. Записать цветовое уравнение в системе XYZ и определить его цветность..
Составил
Зав. каф. ЛИСТ
профессор Гриценко Б.П.
доцент Яковлев А.Н.
20.09.2013.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ИФВТ
Экзаменационный билет № 2
по дисциплине «Основы светотехники».
1. Система RGB. Диаграмма цветности r, g.
2. Излучение мощностью 1 Вт имеет длину волны λ = 550 нм. Определить координаты цвета и координаты цветности этого излучения в системе КЗС.
Составил
Зав. каф. ЛИСТ
профессор Гриценко Б.П.
доцент Яковлев А.Н.
20.09.2013.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ИФВТ
Экзаменационный билет № 3
по дисциплине «Основы светотехники»
1. Система Lp. Источники белого цвета.
2. Излучение имеет длины волн 630 нм, и 440 нм. Лучистые яркости 630
и 440 Вт соответственно. Определить координаты цветности суммы этих
излучений. Использовать систему RGB.
Составил
профессор Гриценко Б.П.
Зав. каф. ЛИСТ
доцент Яковлев А.Н.
20.09.2013.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и
итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета»,
утвержденными приказом ректора № 77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности
(решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее
33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене
(зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов,
полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный
итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Ф.Е. Шуберт Светодиоды. Физматлит, 2008, 496 с.
2. В.В. Мешков, А.Б. Матвеев Основы светотехники. Ч. 2. М. Энергоатомиздат 1989, 432 с.
3. М.М. Гуторов Сборник задач по светотехнике М. Энергоатомиздат
1989, 128 с.
4. М.М. Гуторов Основы светотехники и источников света. М. Энергоатомиздат 1983, 384 с.
5. М.И. Крутик, В.П. Майоров "Специальная техника", №5, 2002г.,
http://videoscan.ru/page/714
6. Н.Е. Уваров Секреты высокой чувствительности тв камер. "Алгоритм
безопасности" № 6, 2002.
7. М.И. Эпштейн. Измерения оптического излучения в электронике.
"Энергия", 1975 г.
8. В.А. Орлов, В.И. Петров. Приборы наблюдения ночью при ограниченной видимости. М. Военное издательство 1989 г.
Дополнительная литература:
9. http://www.zachetka.ru/referat/preview.aspx?docid=38291&page=1
10.http://nordicdreams.net.ru/articles/colorimetry.302.htm
11.Дж. Дудел, М. Циммерман, Р. Шмидт, О. Грюссер и др. Физиология
человека, 2 том, перевод с английского, “Мир”, 1985
12.Гл. Ред. Б.В. Петровский. Популярная медицинская энциклопедия, ст..
“Зрение”, “Цветовое зрение”, ”Советская энциклопедия”, 1988
13.В.Г. Елисеев, Ю.И. Афанасьев, Н.А. Юрина. Гистология, “Медицина”,
1983
14.Домасев М. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. –
Режим доступа:
http://www.nordicdreams.net.ru/articles/colorimetry.302.html 12. Torgerson
W.S.
Internet–ресурсы (в т.ч. Перечень мировых библиотечных ресурсов):
1.
Используемое программное обеспечение:
1. Стандартное программное обеспечение Microsoft Offise
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Указывается материально-техническое обеспечение дисциплины: технические средства, лабораторное оборудование и др.
№
п/п
1
Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)
Учебная аудитория
Корпус, ауд., количество установок
Корпус 16, ауд.
235, 233, 250.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки …
Программа одобрена на заседании кафедры лазерной
и световой техники ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 2013 г.).
(протокол № ____ от «___» _______ 2013 г.).
Автор ___________________ Б.П. Гриценко