Fecha de elaboración: Julio de 2010 Fecha de última actualización: Presentación

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1 Programa elaborado por: PROGRAMA DE ESTUDIO INSTRUMENTACIÓN ÓPTICA Programa Educativo: Licenciatura en Física Área de Formación : Integral Profesional Horas teóricas: 4 Horas prácticas: 0 Total de Horas: 4 Total de créditos: 8 Clave: F1227 Tipo : Asignatura Carácter de la Optativa asignatura José Adrián Carbajal Domínguez Fecha de elaboración: Julio de 2010 Fecha de última actualización: Seriación explícita Asignatura antecedente No Asignatura Subsecuente Seriación implícita Conocimientos previos: Si Óptica, Física Experimental IV Presentación F1227 Instrumentación Óptica 1/12

2 El diseño de sistemas ópticos formadores de imágenes es una rama de la óptica que cada vez adquiere una mayor importancia. En muchos sentidos, el diseño de instrumentos ópticos es tanto un arte como una ciencia. Por ello es necesario realizarlo de la mejor manera ya que cada vez se requieren conceptos más complejos. En los últimos años, se ha dado un crecimiento muy importante en el campo de la óptica y la fotónica, lo cual ha permitido el acceso masivo a detectores CCD, cámaras digitales, binoculares, entre otros dispositivos; en base a los que se han venido desarrollando diferentes aplicaciones ópticas. Por lo anterior, resulta de suma importancia que los estudiantes de física posean una educación y un entrenamiento adecuados en este campo. En el presente curso se busca proporcionar al alumno de las herramientas básicas para el diseño de instrumentos ópticos formadores de imágenes. Objetivo General El alumno conocerá los conceptos fundamentales para el diseño de sistemas ópticos formadores de imágenes. Competencias que se desarrollaran en esta asignatura Conocimientos Conocerá los principios básicos para el diseño de sistemas ópticos formadores de imágenes Comprenderá el proceso de diseño de diferentes sistemas ópticos. Habilidades Cálculo, análisis y resolución de problemas Actitudes actitudes críticas y analíticas Valores honestidad académica ética de trabajo F1227 Instrumentación Óptica 2/12

3 Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura Diseñará experimentos, a partir del conocimiento de los fenómenos físicos para la solución de Aplicará en forma experta, técnicas experimentales conocidas para la solución de Conocerá los protocolos de funcionamiento de equipo especializado en diferentes ramas tecnológicas. Calibrará equipos para su uso correcto en diferentes aplicaciones. Salón de clase, laboratorio de óptica Escenario de Perfil sugerido del docente Doctor en óptica, preferentemente especialista en el diseño de sistemas ópticos. Contenido Temático 1 ESPECIFICACIONES DE UN SISTEMA ÓPTICO Conocer los parámetros ópticos a primer orden Hrs. estimadas 6 F1227 Instrumentación Óptica 3/12

4 1- Los objetivos de un sistema óptico. 2- Los parámetros básicos que definen el sistema óptico. 3- Definiciones básicas. 4- Relaciones a primer orden. El alumno conocerá los parámetros básicos de un sistema óptico a primer orden La debe 2 ABERTURAS Y PUPILAS Y OTROS PRINCIPIOS BÁSICOS Conocer el funcionamiento de las aberturas y de las pupilas de entrada y salida de un sistema óptico. Hrs. estimadas 5 1- el papel de una abertura 2- pupilas de entrada y de salida 3- Viñeteo El alumno comprenderá de que forma la abertura y las pupilas limitan el ingreso de rayos a un sistema óptico La debe F1227 Instrumentación Óptica 4/12

5 3 DIFRACCIÓN, ABERRACIONES Y LA CALIDAD DE LA IMAGEN Conocer las aberraciones ópticas y su influencia en la calidad de la imagen Hrs. estimadas 6 1-La calidad de la imagen 2-Aberraciones geométricas y sus orígenes. 3-Difracción. 4-Sistemas ópticos limitados por difracción. 5- Derivación de las especificaciones del sistema El alumno conocerá las aberraciones ópticas y sus fuentes, así como los parámetros que determinan la calidad de la imagen. La debe 4 DIFERENCIA DE CAMINOS ÓPTICOS F1227 Instrumentación Óptica 5/12

6 Hrs. estimadas 5 Conocer el método de diferencia de caminos ópticos para evaluar frentes de onda 1- Diferencia de caminos ópticos y el criterio de Rayleigh. 2- Errores del frente de onda 3- Polinomio de aberración 4- Profundidad de foco El alumno conocerá el concepto de diferencia de caminos ópticos para evaluar los errores del frente de onda de un sistema óptico. La debe 5 ELIMINACIÓN DE ABERRACIONES Conocer la forma de minimizar las aberraciones ópticas Hrs. estimadas 6 1-Aberración esférica. 2- Coma. 3- Astigmatismo. 4- Curvatura de campo 5- Distorsión El alumno conocerá las formas de minimizar las aberraciones ópticas. La debe F1227 Instrumentación Óptica 6/12

7 6- Cromática axial 7- Cromática lateral 8- análisis paramétrico de aberraciones introducidas por placas paralelas. 6 SELECCIÓN DE MATERIALES ÓPTICOS Conocer los criterios de selección de materiales ópticos Hrs. estimadas 5 1- Revisión de las propiedades de los materiales 2- El mapa de vidiros y la dispersión parcial 3- Ejemplos paramétricos de la selección de vidrios. 4- Cómo seleccionar el vidrio. 5- Materiales ópticos plásticos El alumno conocerá la forma de seleccionar el material óptico adecuado en función de las necesidades de la aplicación específica. La debe F1227 Instrumentación Óptica 7/12

8 7 SUPERFICIES ESFÉRICAS Y ASFÉRICAS Conocer los parámetros que definen una superficie asférica Hrs. estimadas 6 1-Definición de una superficie asférica. 2- Superficies cónicas. 3-Aplicación de superficies esféricas 4-Lineamientos para el uso de superficies esféricas 5-especificaciones de superficies esféricas. El alumno conocerá los parámetros que definen las superficies asféricas La debe 8 FORMAS DE DISEÑO Conocer las diferentes configuraciones de uns sitema ópticos en términos de su funcionamiento Hrs. estimadas 5 F1227 Instrumentación Óptica 8/12

9 1- Configuración de sistemas refractivos 2- Configuración de sistemas reflectivos 3- Méritos relativos para sistemas refractivos. 4- Méritos relativos para sistemas reflectivos. 5- Espejos y prismas 6- Diseño de sistemas visuales. El alumno conocerá las configuraciones de los sistemas ópticos en términos de la función del mismo. También conocerá las figuras de mérito que caracterizan al sistema óptico. La debe 9 EL PROCESO DE DISEÑO ÓPTICO Conocer las etapas involucradas en el proceso de diseño óptico Hrs. estimadas 6 1-optimización de un sistema de lentes 2- Diseño óptico 3- ejemplo del problema del diseño de una lente El alumno conocerá la forma de optimizar un sistema de lentes. La debe F1227 Instrumentación Óptica 9/12

10 10 EVALUACIÓN COMPUTARIZADA DE SISTEMAS ÓPTICOS Conocer algunas de las herramientas computacionales del diseño ópticos Hrs. estimadas 5 1- del desempeño óptico 2- Resolución 3- Trazo de rayos 4- Diagramas de manchas 5- Diferencia de caminos ópticos 6- Métodos de energía (encircled energy) 7- Función de transferencia de modulación (MTF) El alumno conocerá el funcionamiento básico del software típico de diseño óptico así cómo los diferentes métodos que son empleados por tales programas. La debe F1227 Instrumentación Óptica 10/12

11 11 SENSORES ÓPTICOS: MODELACIÓN Y ANÁLISIS Conocer las características físicas de los detectores ópticos Hrs. estimadas 9 1-formación de imágenes 2- Arreglo de detectores 3- Caracterización del ruido en sistemas ópticos. 4- Sensores de color 5- corrección electrónica 6- Conectividad de cámaras digitales El alumno conocerá la forma de modelar y analizar distintos detectores ópticos en varias configuraciones. La debe Bibliografía básica Conrady, A. E. (1992). Applied Optics and Optical Design, Part 1. Dover Publications. Fischer, R. (2008). Optical System Design, Second Edition (2º ed.). McGraw-Hill Professional. Kidger, M. J. (2001). Fundamental Optical Design. SPIE Publications. Shannon, R. R. (1997). The Art and Science of Optical Design (1º ed.). Cambridge University Press. Smith, W. (2007). Modern Optical Engineering, 4th Ed. (4º ed.). McGraw-Hill Professional. Walker, B. H. (2000). Optical Design for Visual Systems (1º ed.). SPIE Publications. F1227 Instrumentación Óptica 11/12

12 Bibliografía complementaria Hobbs, P. C. D. (2009). Building Electro-Optical Systems: Making It all Work (2º ed.). Wiley. Riedl, M. J. (2009). Optical Design: Applying the Fundamentals (SPIE Tutorial Text Vol. TT84). SPIE Publications. Smith, W. (2004). Modern Lens Design (2º ed.). McGraw-Hill Professional. F1227 Instrumentación Óptica 12/12