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, ray-tracing och optisk konstruktion med datorprogram samt realisering och studier av optiska system och fenomen i laboratoriemiljö. Kursen omfattar en teoridel om 4,0 hp, en datorlaborationsdel om 2,5 hp samt en experimentell laborationsdel om 1 hp.

Förväntade studieresultat

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

• kunna förklara när, var och hur bilder uppkommer,
• förstå och redogöra för skillnader mellan reella och virtuella bilder,
• redogöra för grunder i den paraxiala formalismen och i de allmänna paraxiala ray-tracing-ekvationerna,
• redogöra för varför bilder inte blir perfekta,
• vara förtrogen med grunderna i aberrationsteori,
• visa förståelse för uppkomsten av kromatisk aberration,
• visa kunskap om samt redogöra för 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,
• visa förmåga gällande hur den paraxiala formalismen kan användas för att beräkna bildposition och bildstorlek hos optiska system,
• sätta upp, analysera och optimera optiska system i ett ray-tracing-program,
• kunna identifiera förekomsten av olika typer av aberrationer, både kromatiska och monokromatiska, i optiska system,
• visa förmåga gällande användning av metoder, eller utarbetande av strategier, för att reducera aberrationer i optiska system,
• kunna värdera när ett optiskt system är diffraktionsbegränsat,
• kunna avgöra till vilken nivå ett optiskt system kan optimeras,
• kunna reflektera över huruvida ett optiskt system är väldesignat eller ej.

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

• visa samarbetsförmåga med andra personer i laborativ miljö,
• kunna reflektera över och värdera sin egen insats vid laborationsarbete.

Behörighetskrav

För tillträde till kursen krävs Vågfysik och optik B (5FY091, 6 hp) eller Vågrörelselära (5FY141, 6 hp) eller motsvarande. En A och Svenska för grundläggande behörighet för högskolestudier om kursen ges på svenska.

Undervisningens upplägg

Undervisningen bedrivs i form av föreläsningar integrerade med räkneövningar samt handledning vid ray-tracing-övningar och laborationer. Laborationer och ray-tracing-övningar är obligatoriska.

Student som missat eller inte kunnat slutföra ett obligatoriskt utbildningsmoment vid kurstillfället ska beredas möjlighet att slutföra det vid ett senare kurstillfälle. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund- och avancerad nivå, dnr: FS 1.1.2-553-14.

Examination

Examinationen sker normalt genom rapportering av ray-tracing-övningar och experimentella laborationer samt genom ett skriftligt prov vid kursens slut.

Kunskapsredovisningen på teoridelen sker normalt i form av ett skriftligt prov vid kursens slut. Vid det avslutande provet sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5).

Kunskapsredovisningen på ray-tracing-delen sker genom rapportering av ray-tracing-övningar. På varje ray-tracing-övning sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). Godkänt (G) på ray-tracing-momentet erhålles då samtliga ray-tracing-övningar utförts, rapporterats, och blivit godkända.

Kunskapsredovisningen på den experimentell laborationsdelen sker normalt i form av muntlig rapportering. På varje laboration sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). Godkänt (G) på laborationsdelen erhålles då samtliga laborationer utförts, rapporterats, och blivit 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 både det skriftliga provet och de obligatoriska momenten är godkända. Under förutsättning att betygen på ray-tracing-delen och den experimentella laborationsdelen är godkända blir det slutliga betyget detsamma som på det skriftliga provet. 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 C 7,5 hp (5FY065) och kan inte tas med i examen tillsammans med denna.