Modul

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
Fachsemester 4
Modul ist Bestandteil des StudienschwerpunktsPHO - 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
Frequenz Jedes Semester
Prüfungskonzept

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.

Learning Outcomes
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

Vermittelte Kompetenzen
Finden sinnvoller Systemgrenzen
Abstrahieren
Naturwissenschaftliche Phänomene in Realweltproblemen erkennen und erklären
Erkennen, Verstehen und analysieren technischer Zusammenhänge
MINT Modelle nutzen
Technische Systeme analysieren
MINT-Grundwissen benennen und anwenden
Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern
Technische Systeme entwerfen
Technische Systeme prüfen
Informationen beschaffen und auswerten
Sich selbst organisieren und reflektieren
Technische Systeme realisieren
Arbeitsergebnisse bewerten
Sprachliche und interkulturelle Fähigkeiten anwenden

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
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 Vermittelte Kompetenzen
Abstrahieren Vermittelte Kompetenzen
Naturwissenschaftliche Phänomene in Realweltproblemen erkennen und erklären Vermittelte Kompetenzen
Erkennen, Verstehen und analysieren technischer Zusammenhänge Vermittelte Kompetenzen
MINT Modelle nutzen Vermittelte Kompetenzen
Technische Systeme analysieren Vermittelte Kompetenzen
MINT-Grundwissen benennen und anwenden Vermittelte Kompetenzen
Technische Zusammenhänge darstellen und erläutern Vermittelte Kompetenzen
Technische Systeme entwerfen Vermittelte Kompetenzen
Technische Systeme prüfen Vermittelte Kompetenzen
Informationen beschaffen und auswerten Vermittelte Kompetenzen
Sich selbst organisieren und reflektieren Vermittelte Kompetenzen
Technische Systeme realisieren Vermittelte Kompetenzen
Arbeitsergebnisse bewerten Vermittelte Kompetenzen
Sprachliche und interkulturelle Fähigkeiten anwenden Vermittelte Kompetenzen

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
Prüfungskonzept

Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

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

Separate Prüfung
Benotet Nein
Frequenz undefined
Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung Ja
Prüfungskonzept

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.

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

Separate Prüfung

keine


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