Modulhandbuch ABT

Abbildungstheorie

Bachelor Optometrie 2021

PDF Studiengangsverzeichnis Studienverlaufspläne Bachelor Optometrie

Version: 2 | Letzte Änderung: 11.11.2020 19:16 | Entwurf: 0 | Status: vom Modulverantwortlichen freigegeben | Verantwortlich: Altmeyer

Anerkannte Lehrveran­staltungen ABT_Altmeyer
Gültig ab Wintersemester 2023/24
Fachsemester 3
Dauer 1 Semester
ECTS 5
Zeugnistext (de) Abbildungstheorie
Zeugnistext (en) Theory of imaging
Unterrichtssprache deutsch oder englisch
abschließende Modulprüfung Ja
Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
Auslegung, Entwicklung und Anwendung optischer Komponenten und Systeme
Modulprüfung
Benotet Nein
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. Dies sind beispielsweise die Namen der 5 Seidelfehler, die Benennung deren Ursache, das Erscheinungsbild ihrer Punktbilder und die Benennung einiger Strategien zu deren Beseitigung.

Auf nächster Kompetenzstufe werden Fertigkeiten geprüft. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Skizze eines optischen Aufbaus gezeigt wird und die zu prüfende Person diesen gedanklich in Funktionsgruppen zerlegen kann und die jeweiligen kritischen Punkte im Hinblick auf die Abbildungsqualität identifizieren kann. Eine ander prüfbare Fertigkeit ist beispielsweise das Umrechnen einer kohärenten optischen Transferfunktion in eine inkohärente optische Transferfunktion.

Die höchste prüfbare Kompetenzstufe betrifft die Methodenkompetenz. Deren Ausprägung kann überprüft werden, indem ein Anwendungsfall geschildert wird: Aufgaben können sein, ein optisch abbildendes System oder ein Messystem auszulegen oder aber ein nicht hinreichend gut funktionierendes optisches System auf Zielspezifikationen hin zu optimieren. In einer geführten Diskussion 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.5, K.9, K.11), Auslegung (K.5, K.9, K.11), Analyse (K.2, K.3, K.4, K6, K.11 ) und Überprüfung (K.10, K.11) optisch abbildender Systeme, wie das Auge eines ist (K6, K9, K.10), unter besonderer Berücksichtigung mathematisch-analytischer Modelle (K.5).

Vorlesungsbegleitend findet ein projektnahes (K.18) Praktikum statt, wobei die Aufgaben in Zweier-Teams zu bearbeiten sind (K.15). Sprachliche Kompetenzen (K.20) 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.12, K.13).

Feste Zeitvorgaben und Termine für Vorbereitung, Ausarbeitung, Protokoll-Abgabe und ggf. Überarbeitung befördern die Entscheidungsfähigkeit (K.16) und vor allem die Selbstorganisation (K.19).

Womit:
Der Dozent vermittelt neben Wissen und Basisfertigkeiten in einer Vorlesung mit integrierten kurzen Übungsteilen die Fertigkeit, sich in einem abstrakten, mathematisch-analytischen Modellierungssystem abbildender, optischer Systeme, wie das Auge eines ist, sicher zu bewegen. Weiterhin wird ein Praktikum durchgeführt, welches projektartigen Charakter hat: Neben einer schriftlichen Vorbereitung ist der optische Aufbau aus Einzelteilen selber zu gestalten, zu justieren und zu optimieren, bevor die eigentliche Messaufgabe erfolgen kann. Zu jedem Versuch ist eine schriftiche Ausarbeitung erforderlich.

Wozu:
Kompetenzen im Verständnis, des Entwurfes, der Entwicklung, der Analyse und der Überprüfung optisch abbildender Systeme sind essentiell für Personen die im Bereich der Photonik tätig sein wollen. Für Optometristen ist das wesentliche, optisch abbildende System das Auge. Alle Konzepte, die erarbeitet werden, lassen sich auf das Auge als optisches System anwenden. Aufgrund ihrer MINT-Lastigkeit sind die Konzpte dem Handlungsfeld HF.1 zuzuordnen, wobei sie aber letztlich HF.2 und HF.3 durch ihre Anwendbarkeit darin, gleichermaßen berühren.
Kompetenzen
Kompetenz Ausprägung
Abstrahieren diese Kompetenz wird vermittelt
Optische Vorgänge in Realweltproblemen erkennen und erklären diese Kompetenz wird vermittelt
Erkennen, Verstehen und analysieren technischer und medizinischer Zusammenhänge diese Kompetenz wird vermittelt
MINT Modelle nutzen diese Kompetenz wird vermittelt
Augenoptische Systeme simulieren Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Augenoptische Systeme realisieren Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Augenoptische Systeme prüfen Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Informationen beschaffen und auswerten diese Kompetenz wird vermittelt
Optometrische Zusammenhänge darstellen und erläutern Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Arbeitsergebnisse bewerten diese Kompetenz wird vermittelt
Komplexe Aufgaben im Team bearbeiten diese Kompetenz wird vermittelt
In unsicheren Situationen entscheiden Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Lernkompetenz demonstrieren diese Kompetenz wird vermittelt
Sich selbst organisieren und reflektieren diese Kompetenz wird vermittelt
Sprachliche und interkulturelle Fähigkeiten anwenden diese Kompetenz wird vermittelt

Inhaltliche Voraussetzungen
Handlungsfelder
Auslegung, Entwicklung und Anwendung optischer Komponenten und Systeme
Learning Outcomes
ID Learning Outcome
LO1 Was:
Das Modul vermittelt Kompetenzen zur Konzepzionierung (K.5, K.9, K.11), Auslegung (K.5, K.9, K.11), Analyse (K.2, K.3, K.4, K6, K.11 ) und Überprüfung (K.10, K.11) optisch abbildender Systeme, wie das Auge eines ist (K6, K9, K.10), unter besonderer Berücksichtigung mathematisch-analytischer Modelle (K.5).

Vorlesungsbegleitend findet ein projektnahes (K.18) Praktikum statt, wobei die Aufgaben in Zweier-Teams zu bearbeiten sind (K.15). Sprachliche Kompetenzen (K.20) 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.12, K.13).

Feste Zeitvorgaben und Termine für Vorbereitung, Ausarbeitung, Protokoll-Abgabe und ggf. Überarbeitung befördern die Entscheidungsfähigkeit (K.16) und vor allem die Selbstorganisation (K.19).

Womit:
Der Dozent vermittelt neben Wissen und Basisfertigkeiten in einer Vorlesung mit integrierten kurzen Übungsteilen die Fertigkeit, sich in einem abstrakten, mathematisch-analytischen Modellierungssystem abbildender, optischer Systeme, wie das Auge eines ist, sicher zu bewegen. Weiterhin wird ein Praktikum durchgeführt, welches projektartigen Charakter hat: Neben einer schriftlichen Vorbereitung ist der optische Aufbau aus Einzelteilen selber zu gestalten, zu justieren und zu optimieren, bevor die eigentliche Messaufgabe erfolgen kann. Zu jedem Versuch ist eine schriftiche Ausarbeitung erforderlich.

Wozu:
Kompetenzen im Verständnis, des Entwurfes, der Entwicklung, der Analyse und der Überprüfung optisch abbildender Systeme sind essentiell für Personen die im Bereich der Photonik tätig sein wollen. Für Optometristen ist das wesentliche, optisch abbildende System das Auge. Alle Konzepte, die erarbeitet werden, lassen sich auf das Auge als optisches System anwenden. Aufgrund ihrer MINT-Lastigkeit sind die Konzpte dem Handlungsfeld HF.1 zuzuordnen, wobei sie aber letztlich HF.2 und HF.3 durch ihre Anwendbarkeit darin, gleichermaßen berühren.
Kompetenzen
Kompetenz Ausprägung
Abstrahieren diese Kompetenz wird vermittelt
Optische Vorgänge in Realweltproblemen erkennen und erklären diese Kompetenz wird vermittelt
Erkennen, Verstehen und analysieren technischer und medizinischer Zusammenhänge diese Kompetenz wird vermittelt
MINT Modelle nutzen diese Kompetenz wird vermittelt
Augenoptische Systeme simulieren Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Augenoptische Systeme realisieren Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Augenoptische Systeme prüfen Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Informationen beschaffen und auswerten diese Kompetenz wird vermittelt
Optometrische Zusammenhänge darstellen und erläutern Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Arbeitsergebnisse bewerten diese Kompetenz wird vermittelt
Komplexe Aufgaben im Team bearbeiten diese Kompetenz wird vermittelt
In unsicheren Situationen entscheiden Voraussetzungen für diese Kompetenz (Wissen,...) werden vermittelt
Lernkompetenz demonstrieren diese Kompetenz wird vermittelt
Sich selbst organisieren und reflektieren diese Kompetenz wird vermittelt
Sprachliche und interkulturelle Fähigkeiten anwenden diese Kompetenz wird vermittelt

Typ Vorlesung / Übungen
Separate Prüfung Nein
Exempla­rische inhaltliche Operatio­nalisierung Die Analyse optischer Systme kann an Beispielen der abbildenden Optik, wir z.B. Auge, Fernrohr, Kamera, Beamer, Mikroskop oder auch einem Weltraum-Teleskop wie dem Hubble-Teleskop erfolgen. Letzeres bietet sich an, um über die sogenannten Seidelfehler die Fehler 3ter Ordnung in der Optik einzuführen. Alternativ oder ergänzend ist eine Beschreibung mit Zernike Polynomen möglich. Weiterhin kann am Beispiel des Hubble Teleskops gezeigt werden, mit welchen mathematischen Methoden aus der Vermessung von Punktbildern alle vorliegenden Fehler einer Optik bestimmt werden können.

abstrakt:
Abbildungsfehler von optischen Systemen erkennen
- Abbildungsfehler benennen und klassifizieren
- zugehörige Punktbilder und Wellenfrontaberrationen kennen und erkennen
- Methoden zur Elimination der Fehler kennen

Ebenso ist ein Zugang über Eigenschaften von Systemen zur Vermessung der resultierenden Wellenfronten 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.

Letztlich sollte in jedem Fall die lineare Systemtheorie in einem 2-dimensionalen Fall erarbeitet werden, wobei besonderes Augenmerk auf die Unterschiede zwischen kohärenten Systemen, die in der elektrischen Feldstärke linear sind, und inkohärenten Systemen, die im Quadrat der elektrischen Feldstäre linear sind, liegt

abstrakt:
Spezielle mathematische Zusammenhänge kennen
- Linearität von Operatoren
- Theoreme der zweidimensionalen Fouriertransformation
- Delta-Funktionale

Optische Systeme kennen und einordnen
- räumlich und zeitlich kohärente und inkohärente Systeme identifizieren
- Eigenschaften räumlich und zeitlich kohärenter und inkohärenter Systeme benennen
- Rechenvorschriften für räumlich und zeitlich kohärente und inkohärente Systeme kennen

Optische Systeme analysieren
- nach Kohärenzgrad klassifizieren
- in sinnvolle Untergruppen zergliedern
- Wirkmechanismen benennen
- zu erwartende Fehler abschätzen
- Grenzauflösung bestimmen

Optische Systeme entwerfen
- Systemerfordernisse aus Aufgabenstellung ableiten
- Kritische Systemelemente erkennen und passend auslegen
- Systemkosten berücksichtigen
Typ Praktikum
Separate Prüfung Ja
Exempla­rische inhaltliche Operatio­nalisierung Die Einsicht der Analogie der linearen Sytemtheorie in der Elektrotechnik (eindimensional im Zeitbereich) und in der Optik (zweidimensional im Ortsbereich) kann durch die Vermessung eines RC Kreises erfolgen: Sprungantwortfunktion und Übertragungsfunktion können beide gemessen werden. Sodann kann mathematisch aus jeder der beiden Messungen die andere berechnet werden.

Die Fourier-Zusammenhänge in der linearen Systemtheorie können mit einem Mikroskop durch Eingriff in die Pupillenebene deutlich und sichtbar gemacht werden. Dies betrifft räumliche Frequenzverdopplung und räumliches Auflösungsvermögen, Größe des Punktbildes und übertragbare Grenzfrequenz sowie die Abhängigkeit von der Wellenlänge gleichermaßen.

Die Modulations-Transferfunktion eines Objektives kann selber bestimmt werden. Dabei kann anstelle eines Punktbildes auch die mathematische Ableitung eines Kantenbildes verwendet werden, um Problemen der Lichtstärke aus dem Weg zu gehen.

Das Verhalten optischer Übertragungssysteme kann beispielsweise im Hinblick auf Kohärenzgrad des verwendeten Lichtes mit Hilfe einer Martienssen-Spiller Lichtquelle untersucht werden.
Separate Prüfung
Benotet Nein
Frequenz Einmal im Jahr
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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