Modulhandbuch TO
Technische Optik
Bachelor Elektrotechnik 2020
PDF Studiengangsverzeichnis Studienverlaufspläne Bachelor Elektrotechnik
Version: 2 | Letzte Änderung: 19.09.2019 15:07 | Entwurf: 0 | Status: vom Modulverantwortlichen freigegeben | Verantwortlich: Altmeyer
| Anerkannte Lehrveranstaltungen | TO_Altmeyer |
|---|---|
| Gültig ab | Sommersemester 2022 |
| Fachsemester | 4 |
| Modul ist Bestandteil des Studienschwerpunkts | PHO - Photonik |
| Dauer | 1 Semester |
| ECTS | 5 |
| Zeugnistext (de) | Technische Optik |
| Zeugnistext (en) | technical optics |
| Unterrichtssprache | deutsch oder englisch |
| abschließende Modulprüfung | Ja |
Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
| Forschung: Von Ansätzen der Grundlagenforschung bis hin zur Industrieforschung. Entwicklung: Algorithmen, Software, Verfahren , Geräte, Komponenten und Anlagen. |
| Qualitätskontrolle von Produkten und Prozessen, Mess- und Prüftechnologien, Zertifizierungsprozesse. |
| Produktion: Planung, Konzeption, Instandhaltung, Überwachung und Betrieb. |
Modulprüfung
| Benotet | Ja | |
|---|---|---|
| Konzept | 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. |
|
| Frequenz | Jedes Semester | |
Learning Outcomes
| ID | Learning Outcome | |
|---|---|---|
| LO1 |
Was: Das Modul vermittelt Kompetenzen zur Konzepzionierung (K.1, K.8, K.9), Auslegung (K.5, K.9, K.11, K.12, K.15 ), Analyse (K.2, K.3, K.7, K.11, K.14) und Überprüfung (K.4, K.10, K.11) technischer optischer Systeme, insbesondere mit eigenen Lichtquellen und der daraus resultierenden verflochtenen Strahlengänge. Vorlesungsbegleitend findet ein projektnahes Praktikum statt. Sprachliche Kompetenzen (K.21) zur präzisen Darstellung technisch komplexer Zusammenhänge (K.13) werden durch verpflichtende schriftliche Vorbereitung und Ausarbeitung geschult. Die durchzuführende Fehleranalyse und -diskussion sowie Spiegelung an erwartbaren Ergebnissen, vermittelt Bewertungskompetenzen (K.14). Feste Zeitvorgaben und Termine für Vorbereitung, Ausarbeitung, Protokoll-Abgabe und ggf. Überarbeitung befördern die Selbstorganisation (K.20). |
|
Kompetenzen
| Kompetenz | Ausprägung |
|---|---|
| Finden sinnvoller Systemgrenzen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Abstrahieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Naturwissenschaftliche Phänomene in Realweltproblemen erkennen und erklären | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Erkennen, Verstehen und analysieren technischer Zusammenhänge | diese Kompetenz wird vermittelt |
| MINT Modelle nutzen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme analysieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| MINT-Grundwissen benennen und anwenden | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme entwerfen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme prüfen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Informationen beschaffen und auswerten | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Sich selbst organisieren und reflektieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme realisieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Arbeitsergebnisse bewerten | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Sprachliche und interkulturelle Fähigkeiten anwenden | diese Kompetenz wird vermittelt |
Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
| Forschung: Von Ansätzen der Grundlagenforschung bis hin zur Industrieforschung. Entwicklung: Algorithmen, Software, Verfahren , Geräte, Komponenten und Anlagen. |
| Qualitätskontrolle von Produkten und Prozessen, Mess- und Prüftechnologien, Zertifizierungsprozesse. |
| Produktion: Planung, Konzeption, Instandhaltung, Überwachung und Betrieb. |
Learning Outcomes
| ID | Learning Outcome | |
|---|---|---|
| LO1 |
Was: Das Modul vermittelt Kompetenzen zur Konzepzionierung (K.1, K.8, K.9), Auslegung (K.5, K.9, K.11, K.12, K.15 ), Analyse (K.2, K.3, K.7, K.11, K.14) und Überprüfung (K.4, K.10, K.11) technischer optischer Systeme, insbesondere mit eigenen Lichtquellen und der daraus resultierenden verflochtenen Strahlengänge. Vorlesungsbegleitend findet ein projektnahes Praktikum statt. Sprachliche Kompetenzen (K.21) zur präzisen Darstellung technisch komplexer Zusammenhänge (K.13) werden durch verpflichtende schriftliche Vorbereitung und Ausarbeitung geschult. Die durchzuführende Fehleranalyse und -diskussion sowie Spiegelung an erwartbaren Ergebnissen, vermittelt Bewertungskompetenzen (K.14). Feste Zeitvorgaben und Termine für Vorbereitung, Ausarbeitung, Protokoll-Abgabe und ggf. Überarbeitung befördern die Selbstorganisation (K.20). |
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Kompetenzen
| Kompetenz | Ausprägung |
|---|---|
| Finden sinnvoller Systemgrenzen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Abstrahieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Naturwissenschaftliche Phänomene in Realweltproblemen erkennen und erklären | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Erkennen, Verstehen und analysieren technischer Zusammenhänge | diese Kompetenz wird vermittelt |
| MINT Modelle nutzen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme analysieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| MINT-Grundwissen benennen und anwenden | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme entwerfen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme prüfen | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Informationen beschaffen und auswerten | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Sich selbst organisieren und reflektieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Technische Systeme realisieren | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Arbeitsergebnisse bewerten | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Sprachliche und interkulturelle Fähigkeiten anwenden | diese Kompetenz wird vermittelt |
| Typ | Vorlesung / Übungen | |
|---|---|---|
| Separate Prüfung | Ja | |
| Exemplarische inhaltliche Operationalisierung | Die Analyse optischer Systme kann an Beispielen der abbildenden Optik, wir z.B. Fernrohr, Kamera, Beamer, Mikroskop erfolgen. Ebenso ist ein Zugang über Eigenschaften von Systeme zur Vermessung von Optiken möglich, wie z.B. Shack-Hartmann Sensoren, Shearing-Platten, oder adaptiv-optischen Systemen. Die Betrachtungen benötigen keine Hardware und können mit Papier und Bleistift vorlesungsbegleitend durchgeführt werden. | |
Separate Prüfung
| Benotet | Nein | |
|---|---|---|
| Frequenz | Einmal im Jahr | |
| Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung | Ja | |
| Konzept | Präsenzübung und Selbstlernaufgaben | |
| Typ | Praktikum | |
|---|---|---|
| Separate Prüfung | Ja | |
| Exemplarische inhaltliche Operationalisierung | Aufbau und Justage eines astronomischen oder terrestrischen Fernrohrs. Bestimmung der Brennweite eines Objektivs nach Abbe, Bessel oder der Umschlagmethode. Bestimmun 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. Beeinflussung des Bildes durch Eingriff in die Fourier-Ebene, zum Beispiel Frequenzverdopplung |
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Separate Prüfung
| Benotet | Nein | |
|---|---|---|
| Frequenz | undefined | |
| Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung | Ja | |
| Konzept | Kenntnisse: Vor Antritt des Praktikums sind zu Hause ausgearbeitete Aufgaben vorzulegen. Die Grundideen zum Versuch werden vor dessen Durchführung im Gespräch erfragt. Fertigkeiten: Die Strategie den optischen Aufbau zu errichten und justieren muss erläutert werden und wird in der Folge auch begleitet. Das Versuchsprotokoll wird überpüft auf sprachliche Fähigkeiten, insbesondere Wissenschaftlichkeit und Präzision im Ausdruck und Verständnis der Sachzusammenhänge Methoden : Die Auswertungen, vor allem die geforderten Interpretationen der Ergebnisse, erfordern immer ein gewisses Maß an Methodenkompetenz und können so überprüft werden. |
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| Typ | Vorlesung | |
|---|---|---|
| Separate Prüfung | Nein | |
| Exemplarische inhaltliche Operationalisierung | Grundlegende Eigenschaften optischer Systeme Vergrößerung, insbesondere der Unterschied zwischen Abbildungsmaßstab Winkelvergrößerung Lupenvergrößerung Axialer Vergrößerung Linsen, Blenden und deren Bilder, insbesondere der Unterschied zwischen Feldlinsen und Abbildenden Linsen Feldblenden und Aperturblenden Pupillen und Luken Begrifflichkeit und Bedeutung von Blende effektiver Blende Apertur Fermat'sches Prinzip und Sinussatz Aus den obigen Grundlagen physikalisch- technische Herleitung von Auflösungsvermögen optischer Systeme, Bsp.: Handykamera vs. DSLR, Mikroskop Förderliche Vergrößerung Lichtstärke optischer Systeme Konstruktion mehrlinsiger optischer Systeme ohne Einbruch der Lichtstärke, Bsp.: Endoskop Kontruktion von Objektiven in Linsengruppen: Grundobjektiv, Zoomglied, Fokusglied Bildhebung Winkelunabhängiger, paraxialer Effekt Winkelabhängiger Effekt bei großer Öffnung. Implikation bei der Konstruktion hoch geöffneter Objektive, Bsp. Mikroskop Verflochtene Strahlengänge bei Geräten mit eigener Lichtquelle, Bsp: Overhead Projektor, Beamer, Mikroskop, Optische Lithografie in der Halbleitertechnik Abbe'sche Theorie der Bildentstehung und Unterbietung des Rayleigh-Limits, Bsp. Optische Lithographie in der Halbleitertechnik |
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Webredaktion der Fakultät IME
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