Lehrveranstaltungshandbuch TO
Technische Optik
PDF Lehrveranstaltungsverzeichnis English Version: TO
Version: 1 | Letzte Änderung: 19.09.2019 15:08 | Entwurf: 0 | Status: vom verantwortlichen Dozent freigegeben
| Langname | Technische Optik |
|---|---|
| Anerkennende LModule | TO_BaET, TO_BaOPT |
| Verantwortlich |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Gültig ab | Sommersemester 2022 |
| Niveau | Bachelor |
| Semester im Jahr | Sommersemester |
| Dauer | Semester |
| Stunden im Selbststudium | 78 |
| ECTS | 5 |
| Dozenten |
Prof. Dr. Stefan Altmeyer
Professor Fakultät IME |
| Voraussetzungen | Mathematik: Differentialrechnung Integralrechnung Physik / Optik: Grundkentnisse geometrische Optik Grundkenntisse Wellenoptik |
| Unterrichtssprache | deutsch |
| separate Abschlussprüfung | Ja |
Literatur
| Pedrotti, Pedrotti, Bausch, Schmidt: Optik für Ingenieure. Grundlagen (Springer) |
| Hecht: Optik (Oldenbourg) |
Abschlussprüfung
| Details |
Regelfall ist die Klausur. So weit die Prüfungszahl nicht zu groß ist, wird eine mündliche Prüfung gegenüber einer schriftlichen Prüfung bevorzugt. In der Prüfung werden auf unterstem Kompetenzniveau Kenntnisse abgefragt. Das sind beispielsweise die Vorzeichnkonvention, die Form der Abbildungsgleichung bei unterschiedlichen Lichtrichtungen, die Definition des Hauptstrahles oder die normgerechte Kennzeichnung von Optik-Komponenten. Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Skizzen von optischen Strahlengängen gezeichnet werden müssen, wobei die qualitativ richtige Lage von funktionalen Ebenen wichtig ist. Weiterhin können Berechnungen durchgeführt werden, z.B. zum Auflösungsvermögen optischer Systeme, der Bildhebung bei Systemen mit verschiedenen Brechzahlen oder Gesamtbrennweite mehrlinsiger Systeme. Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein, ein Mikroskop mit eigener Lichtquelle auszulegen zu lassen, wobei entweder einige Zielparameter oder Basiskomponenten als gegeben angesehen werden. In einer geführten Diskussion - oder geführten Rechnung im Falle einer Klausur - kann dabei sehr genau festgestellt werden, ob die zugrundeligenden Prinzipien sicher und proaktiv angewandt werden, ob Querschlüsse gezogen werden können und ob in einer Zusammenschau mit hinreichendem Überblick gedacht und agiert wird. |
|---|---|
| Mindeststandard | Mindestens 50 % der Fragen richtig beantwortet |
| Prüfungstyp | Klausur |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Kenntnisse | Vergrößerung Abbildungsmaßstab Winkelvergrößerung Lupenvergrößerung Axiale Vergrößerung Kardinalebenen und Punkte Knotenpunkte und Brennpunkte in optischen Systemen, die unsymmetrisch in der Brechzahl sind Gezielte Verlagerung von Hauptebenen Teleobjektiv Objektiv zur Laser Materialbearbeitung Mehrlinsige optische Systeme Analytische Berechnung eines Zweilinsers Fokusglied einer Kamera Vorsatzlinsen für Makroaufnahmen Berechnung durch wiederholte Zusammenfassung von Zweilinsern Bildhebung Fotografie unter Wasser Mikroskopie Spezialobjektive zur Verwendung mit Deckglas Abbildungsfehler planparalleler Glasplatten Fermatsches Prinzip Herleitung des Brechungsgesetzes Erklärung der Wirkungsweise einer Linse Herleitung des Sinussatzes Apertur und Blendenzahl Apertur einer Glasfaser eines abbildenden optischen Systems Blendenzahl gravierte Blende effektive Blende Zusammenhang von Apertur und (effektiver) Blendenzahl Gegenstandsseitige und bildseitige Aperturen und Blendenzahlen Bildhelligkeit und Belichtungszeit Beugung an der Kreisblende mathematische Beschreibung Auflösungskriterien Rayleigh Kriterium Sparrow Kriterium Größe des Airy-Scheibchens Kleinster auflösbarer Abstand im Gegenstand und im Bild ausgedrückt in Blendenzahlen und in Aperturen Förderliche Vergrößerung und leere Vergrößerung Anwenungsbeispiele: optische Lithographie, Mikroskop, CD/DVD/blu-ray pickup Linsen abbildende Linsen: Glas- und Kunststoff Linsen Feldlinsen: Eignung von Fresnellinsen, Staubfreiheit körperliche Blenden und deren Bilder Aperturblenden und Feldblenden Pupillen und Luken Hauptstrahlen Komplementäre Rolle der Blenden in Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengängen Konstruktionsprinzipien von optischen Geräten mit eigener Lichtquelle. Bsp: Overheadprojektor, Beamer, Mikroskop Mikroskope einstufig und zweistufig mit und ohne Feldlinse Auflicht und Durchlicht Köhlersche Beleuchtung Verflochtene Strahlengänge Falls im Semester genug Zeit ist: Abbesche Theorie der Bildentstehung Zerlegung eines Gegenstandes in Gitter (Fourier Zerlegung) Beugungsordnungen: Anzahl und relative Phasenlage Grenzauflösung Kontrast off-axis Beleuchtung Realisierung Auflösungssteigerung Kontrastminderung Konstruktionsprinzip einer Lithografieanlage |
| Fertigkeiten | Mehrlinsige Optische Systeme analysieren, deren Grundeigenschaften paraxial berechnen Konstruktionsprinzip zur Verlagerung von Hauptebenen anwenden Aperturen und Blendenzahlen gegenstands- und bildseitig ineinander umrechnen Gegenstands- und bildseitiges Auflösungsvermögen optischer Geräte berechnen Bildhebungen berechnen können. Auflösungsverminderung durch winkelabhängige Bildhebung an hoch geöffneten Systemen berechnen können. Strahlengänge für optische Systeme mit eigener Beleuchtung entwerfen Konstruktionsprinzipien verschiedener Mikroskope auf andere optische Geräte übertragen können Kontraste für on- und off-axis Systeme berechnen |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Vorlesung | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial | Skript als herunterladbare Datei |
|---|---|
| Separate Prüfung | Nein |
Lernziele
| Zieltyp | Beschreibung |
|---|---|
| Fertigkeiten | - Aufbau und Justage eines astronomischen oder terrestrischen Fernrohrs. - Bestimmung der Brennweite eines Objektivs nach Abbe, Bessel oder der Umschlagmethode. - Bestimmung der Hauptebenen nach Abbe oder nach der Methode der Extrapolation des Abbildungsmaßstabes. - Bestimmung der Grenzauflösung an einem Mikroskop nach Köhler. - Quantitative Bestimmung der Bildhelligkeit an einem Mikroskop in Abhängigkeit von Abbildungsmaßstab und Apertur. - Beobachtung von Objekt und Beugungsbild in einem Diffraktionsapparat. Gezielte Beeinflussung des Bildes durch Eingriff in die Fourier-Ebene, zum Beispiel räumliche Frequenzverdopplung. - Wissenschaftlichen Bericht verfassen Aufgabenbestellung beschreiben Lösungsansatz darstellen Versuchsaufbau erläutern Verarbeitung der Messdaten darlegen Fehlerrechnung durchführen Ergebnis präsentieren und kritisch diskutieren |
Aufwand Präsenzlehre
| Typ | Präsenzzeit (h/Wo.) |
|---|---|
| Praktikum | 2 |
| Tutorium (freiwillig) | 0 |
Besondere Voraussetzungen
|
keine |
| Begleitmaterial |
Anleitungen zu den Versuchen als herunterladbare Dateien. Bedienungsanleitungen zu komplexen Geräten als herunterladbare Dateien. |
|---|---|
| Separate Prüfung | Ja |
Separate Prüfung
| Prüfungstyp | Projektaufgabe im Team bearbeiten (z.B. im Praktikum) |
|---|---|
| Details | 1) Übungsaufgabe mit fachlich / methodisch eigeschränktem Fokus lösen - Vor Antritt des Praktikums sind zu Hause ausgearbeitete Aufgaben vorzulegen. 2) Fachgespräch zu besonderen Fragestellungen - Die Grundideen zum Versuch werden vor dessen Durchführung im Gespräch erfragt. 3) Projektaufgabe (im Team) bearbeiten Je nach Studierendenzahl werden die Versuche alleine (bevorzugt) oder zu zweit durchgeführt. - Versuchsaufbauten müssen selber aufgebaut und justiert werden - Mit den selber errichteten Versuchsaufbauten müssen Messdaten gewonnen werden 4) Anfertigung eines Versuchsprotokolls. Geprüft wird auf - Vollständigkeit - Wissenschaftlichkeit und Präzision der Sprache - Richtigkeit - Verständnis der Zusammenhänge und Interpretation der Ergebnisse |
| Mindeststandard | Alle schriftlichen Aufgaben müssen bearbeitet sein. Die Grundideen des Experimentes müssen verstanden sein. Alle Versuche müssen durchgeführt worden sein. Die Versuchsausarbeitungen müssen frei von systematischen Fehlern sein. |
Bei Fehlern, bitte Mitteilung an die
Webredaktion der Fakultät IME
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