Optisk konstruktion, 7,5 hp

Innehåll

Kursen behandlar optiskt avbildande system. Den inleds med en diskussion kring grunderna för när, var och hur en avbildning uppstår och vad som krävs av ett optiskt system för att en bild ska genereras. Skillnaderna mellan reella och virtuella bilder beskrivs. Kursen är inriktad på refraktiva (brytande) system. Den paraxiala formalismen introduceras och allmänna paraxiala ray tracing-ekvationer härleds. Med hjälp av dessa beskrivs första ordningens egenskaper hos optiska system dvs. var avbildningar hamnar och hur stora de blir.

Den största delen av kursen ägnas åt att behandla orsaker till varför avbildningar inte blir perfekta. Verkan av diffraktion introduceras och avbildningsfel (aberrationer) belyses mer i detalj. Uttryck härleds för kromatisk aberration och för tredje ordningens monokromatiska aberrationer. De olika aberrationerna karakteriseras och deras inverkan på bildkvaliteten analyseras. Kursen avslutas med att metoder och strategier utarbetas för hur optiska system kan konstrueras så att olika aberrationer kan elimineras eller minimeras.

Arbetet innefattar en teoretisk behandling av materialet i seminarieform, simuleringar med datorprogram (s.k. ray tracing) samt realisering och studier av optiska system och fenomen i laboratoriemiljö. Kursen omfattar ett teorimoment om 4 hp, ett datorlaborationsmoment om 2,5 hp samt ett experimentellt laborationsmoment om 1 hp.

Förväntade studieresultat

För att uppfylla målen för kunskap och förståelse ska den studerande efter genomgången kurs:
 

• systematiskt förklara hur, var och när bilder uppkommer
• ingående beskriva skillnader mellan reella och virtuella bilder
• ingående förklara grunderna i den paraxiala formalismen och i de allmänna paraxiala ray tracing-ekvationerna
• uttömmande sammanfatta anledningar till att bilder inte blir perfekta
• djupgående förklara grunderna i aberrationsteori
• visa på ingående förståelse om uppkomsten av kromatisk aberration
• systematiskt förklara skillnader mellan olika typer av monokromatiska aberrationer.

För att uppfylla målen för färdighet och förmåga ska den studerande efter genomgången kurs kunna:
 

• beräkna en paraxial stråles väg genom ett optiskt system
• kritiskt använda den paraxiala formalismen för att beräkna bildposition och bildstorlek hos optiska system
• självständigt sätta upp, analysera och optimera optiska system i ett datorsimulerings- (ray tracing-) program
• identifiera förekomsten av olika typer av aberrationer, både kromatiska och monokromatiska, i optiska system
• kritiskt använda metoder, eller utarbeta strategier, för att reducera aberrationer i optiska system
• göra kvalificerade bedömningar av vilken nivå ett optiskt system kan optimeras till
• värdera när ett optiskt system är diffraktionsbegränsat
• reflektera över huruvida ett optiskt system är väldesignat eller ej.

För att uppfylla målen för värdering och förhållningssätt ska den studerande efter genomgången kurs:
 

• samarbeta med andra personer i laborativ miljö
• reflektera över och värdera sin egen insats vid såväl datorsimuleringar (ray tracing-övningar) som laborationsarbete
• uppvisa medvetenhet om etiska aspekter på vetenskapligt arbete som t.ex. ett korrekt förhållningssätt till fusk och plagiat.

Behörighetskrav

Univ: Tidigare högskolestudier om minst 90 högskolepoäng inklusive Vågfysik och optik, 6 hp, eller motsvarande. Svenska för grundläggande behörighet för högskolestudier samt Engelska A/5. Krav på svenska gäller endast om utbildningen ges på svenska.

Undervisningens upplägg

Undervisningen bedrivs i form av integrerade föreläsningar och räkneövningar samt genom handledning vid datorsimuleringar (ray tracing-övningar) och experimentella laborationer. Både datorsimuleringarna och laborationerna är obligatoriska. Utöver schemalagda aktiviteter förutsätts även individuellt arbete med kursmaterialet.

Examination

Examinationen på kursens teorimoment sker individuellt i form av en skriftlig salstentamen vid kursens slut. På skriftlig salstentamen sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5).

Examinationen på kursens datorlaborationsmoment (ray tracing-övningar) sker individuellt genom skriftliga rapporter och muntliga redovisningar. På skriftliga rapporter och på muntliga redovisningar sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). På hela momentet sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). Betyget Godkänt (G) sätts först då samtliga rapporter och redovisningar är godkända.

Examinationen på kursens experimentella laborationsmoment sker i grupp, med individuell bedömning, genom skriftliga rapporter och muntliga redovisningar. På skriftliga rapporter och på muntliga redovisningar sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). På hela momentet sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). Betyget Godkänt (G) sätts först då samtliga rapporter och redovisningar är godkända.

På hela kursen sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). För att bli godkänd på hela kursen krävs att alla moment är godkända. Under förutsättning att alla moment är godkända blir betyget på hela kursen detsamma som på teorimomentet. Den som godkänts i ett prov får ej undergå förnyat prov för högre betyg.

En student som utan godkänt resultat har genomgått två prov för en kurs eller en del av en kurs, har rätt att få en annan examinator utsedd, om inte särskilda skäl talar emot det (HF 6 kap. 22 §). Begäran om ny examinator ställs till prefekten för Institutionen för fysik. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund- och avancerad nivå, dnr: FS 1.1.2-553-14.

Student har rätt att få prövat om tidigare utbildning eller motsvarande kunskaper och färdigheter förvärvade i yrkesverksamhet kan tillgodoräknas för motsvarande utbildning vid Umeå universitet. Ansökan om tillgodoräknande skickas in till Studentcentrum/Examina. Mer information om tillgodoräknande finns på Umeå universitets studentwebb, www.student.umu.se, och i högskoleförordningen (6 kap). Ett avslag på ansökan om tillgodoräknande kan överklagas (Högskoleförordningen 12 kap) till Överklagandenämnden för högskolan. Detta gäller såväl om hela som delar av ansökan om tillgodoräknande avslås.

Övriga föreskrifter

Kursen ersätter den tidigare kursen Optisk konstruktion 7,5 hp (5FY148) och kan inte tas med i examen tillsammans med denna. I det fall att kursplan upphör att gälla eller genomgår större förändringar, garanteras studenter minst tre provtillfällen (inklusive ordinarie provtillfälle) enligt föreskrifterna i den kursplan som studenten ursprungligen varit kursregistrerad på under en tid av maximalt två år från det att tidigare kursplan upphört att gälla eller kursen slutat erbjudas.