4 ECTS credits
100 u studietijd

Aanbieding 1 met studiegidsnummer 4017332FNR voor alle studenten in het 1e semester met een gespecialiseerd master niveau.

Semester
1e semester
Inschrijving onder examencontract
Niet mogelijk
Beoordelingsvoet
Beoordeling (0 tot 20)
2e zittijd mogelijk
Ja
Onderwijstaal
Engels
Onder samenwerkingsakkoord
Onder interuniversitair akkoord mbt. opleiding
Faculteit
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Verantwoordelijke vakgroep
Toegepaste Natuurkunde en Fotonica
Onderwijsteam
Michael Vervaeke (titularis)
Onderdelen en contacturen
24 contacturen Hoorcollege
18 contacturen Werkcolleges, practica en oefeningen
Inhoud
An important goal of most optical systems is to form an image of an object. Telescopes, microscopes, cameras and lens systems for lithography are amongst the many examples. This course gives insight into the basic principles to design, evaluate and optimize image forming optical systems. Due to the prevalence of micro-optics in many applications we will also touch upon diffraction and diffractive imaging elements. We will also hightlight aspects of fabrication and tolerancing because ever increasing demands on the image quality and miniaturization of optical systems pushes designers to take up those aspects as early as in the conceptual design phase.
Studiemateriaal
Handboek (Aanbevolen) : Introduction to optics, F. PEDROTTI, L.M. PEDROTTI, L.S. PEDROTTI, 3de, Prentice Hall, 9781292022567, 2013
Digitaal cursusmateriaal (Vereist) : Design of Refractive and Diffractive Optical Imaging Systems, Slide hand-outs (pdf), Canvas
Bijkomende info
The course themes are (this is not  corresponding with the actual chapters nor with the exact course content per session):
1. Simple optical instruments
2. Imaging in general
3. Paraxial imaging
4. Stops, pupils and windows
5. Geometrical aberrations
6. Chromatic aberrations
7. Quantitative Image quality evaluation
8. Tolerancing and fabrication of imaging optics
9. Basic theory of Diffractive Optical Elements
10. Diffractive Components
11. Design of Diffractive Components

The contents and notes can be updated interactively and the most recent versions and announcement of new versions will be provided through pointcarre.
Concepts will be clarified either through live-demonstrations or through optical simulator examples.

Leerresultaten

General Competencies

11 * maFOT/EMSP1.6 De student kan eenvoudige optische instrumenten beschrijven
21 *   De student kan de algemene principes van beeldvorming beschrijven
31 **   De student kan de matrixformulatie van paraxiale beeldvorming afleiden
32 **   De student kan de 6 cardinale punten van de matrixformulatie van paraxiale beeldvorming afleiden
33 **   De student kan de grootte en positie van een af te beelden object voorspellen
41 *   De student kan de pupil, stop en venster in een optische systeem herkennen
42 *** maFOT/EMSP6.2 ; maGEN2.3 ; maGEN1.1 ; maFOT/EMSP1.1 De student kan de matrixformulatie van paraxiale beeldvorming voor de bepaling van grootte en positie van aperturen en vensters in object en beeldvlak toepassen
51 *   De student kan de 5 geometrische aberraties, hun gevolgen voor de beeldvorming en manieren om de aberraties tegen te gaan beschrijven
52 *   De student kan de belangrijkste eigenschappen en verschillen van de Seidel en Zernike beschrijving van aberraties beschrijven
53 **   De student kan de golffrontvergelijking van sferische aberratie afleiden
54 **   De student kan van een gegeven golffrontvergelijking van een aberratie de straalaberratie afleiden
55 *   De student kan het balanceren van aberraties bij aplanatische optieken beschrijven
56 *** MaGEN6.4 ; maGEN2.3 De student kan de aberraties van een gegeven optisch systeem evalueren
61 *   De student kan de chromatische aberratie, het gevolg voor de beeldvorming en de manieren om deze aberratie tegen te gaan, beschrijven
62 * maFOT/EMSP1.2 De student kan de twee hoofdtypes glasmaterialen in de glaskaart beschrijven
63 **   De student kan de ontwerpvergelijking van een achromatisch doublet afleiden
71 *   De student kan de modulatie transferfunctie voor beeldkwaliteitsevaluatie beschrijven
72 *   De student kan het gebruik van een spotdiagramma voor beeldkwaliteit kwantificatie beschrijven
73 **   De student kan de diffractie gelimiteerde beeldkwaliteit uitleggen aan de hand van een voorbeeld
74 *** MaGEN6.4 De student kan de beeldkwaliteit van een gegeven optisch systeem evalueren
75 *** maFOT/EMSP6.4 ; maGEN3.2 ; maGEN2.3 ; maGEN1.1 ; maFOT/EMSP1.1 De student kan de aanpassingen aan een gegeven optisch systeem voor de verbetering van de beeldkwaliteit ontwerpen
81 * maFOT/EMSP1.8 De student kan de methodes voor de vervaardiging van optieken beschrijven
82 ** maFOT/EMSP1.8 ; maGEN2.3 De student kan de best passende vergelijking om een lensvorm te beschrijven
83 *** maFOT/EMSP1.8 ; maGEN2.3 De student kan een vervaardigingsmethode voor een opgegeven optisch systeem beoordelen
84 ** maFOT/EMSP1.7 ; maGEN2.3 De student kan de verschillende methodes voor tolerantiebepaling en hun voor- en nadelen beargumenteren
91 *   De student kan de belangrijke categorieen van diffractieve elementen beschrijven
92 **   De student kan de vergelijking voor de verre veld lineare diffractie aan een rooster afleiden
93 *** maFOT/EMSP6.2 ; maGEN2.3 De student kan de concepten van Fourier transformatie en convolutie op verre veld diffractie van 2 dimensionale roosters toepassen
94 *** maFOT/EMSP6.4 ; maGEN3.2 ; maGEN2.3 De student kan het concept van een hybride lens toepassen
       
11 * maFOT/EMSP1.6 The student is able to describe simple optical instruments
21 *   The student is able to describe the general principles of imaging
31 **   The student is able to derive the matrixformulation of paraxial imaging
32 **   The student is able to derive the 6 cardinal points of the matrixformulation of paraxial imaging
33 **   The student is able to predict the size and position of an object's image
41 *   The student is able to recognize pupils, stops and windows of an optical system
42 *** maFOT/EMSP6.2 ; maGEN2.3 ; maGEN1.1 ; maFOT/EMSP1.1 The student is able to apply the matrixformulation of paraxial imaging on the determination of size and position of apertures and windows in object and image space
51 *   The student is able to describe the 5 geometric aberrations, the consequences for image formation and methods to counteract the aberrations
52 *   The student is able to describe the properties and differences of the Seidel and Zernike aberration description
53 **   The student is able to derive the wavefront aberration equation of spherical aberration
54 **   The student is able to derive the ray aberration equation of a given wavefront aberration
55 *   The student is able to describe the balancing of aberrations for aplanatic optics
56 *** MaGEN6.4 ; maGEN2.3 The student is able to evaluate the aberrations of a given optical system
61 *   The student is able to describe chromatic aberration, the consequence for image formation and methods to counteract this aberration
62 * maFOT/EMSP1.2 The student is able to describe the two main glass materials from the glass chart
63 **   The student is able to derive the design equation of an achromatic doublet
71 *   The student is able to describe the modulation transfer function for image quality evaluation
72 *   The student is able to describe the usage of a spotdiagram to quantify image quality
73 **   The student is able to explain diffraction limited image quality
74 *** MaGEN6.4 The student is able to evaluate the image quality of a given optical system
75 *** maFOT/EMSP6.4 ; maGEN3.2 ; maGEN2.3 ; maGEN1.1 ; maFOT/EMSP1.1 The student is able to design an improved optical system to enhance the image quality
81 * maFOT/EMSP1.8 The student is able to describe fabrication methods of optics
82 ** maFOT/EMSP1.8 ; maGEN2.3 The student is able to evaluate the best fitting equation to a lens shape
83 *** maFOT/EMSP1.8 ; maGEN2.3 The student is able to evaluate a fabrication method for a given optical system
84 ** maFOT/EMSP1.7 ; maGEN2.3 The student is able to argue the various methods for tolerance synthesis and the advantages and disadvantages of each method
91 *   The student is able to describe the important categories of diffractive optical elements
92 **   The student is able to derive the equation for far-field linear diffraction of a raster
93 *** maFOT/EMSP6.2 ; maGEN2.3 The student is able to apply the concepts of Fourier transforms and convolution for the far-field diffraction of 2 dimensional grating
94 *** maFOT/EMSP6.4 ; maGEN3.2 ; maGEN2.3 The student is able to apply the concept of a hybrid lens

 

Beoordelingsinformatie

De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Mondeling bepaalt 100% van het eindcijfer

Binnen de categorie Examen Mondeling dient men volgende opdrachten af te werken:

  • mondeling-closed book met een wegingsfactor 100 en aldus 100% van het totale eindcijfer.

    Toelichting: Het examen is mondeling met schriftelijke gesloten boek voorbereiding.

Aanvullende info mbt evaluatie
The examination consists minimally of a question to evaluate knowledge and a question on insight of a theoretical concept and a synthesis/analysis of a design challenge based on a demonstration or an example using simulation software. 
 
Students are expected to fully master geometrical raytracing by sketching with pen and ruler on paper in order to determing the position and size of images through lens systems.
 
maGEN4.1 ; maGN5.1 : Peer learning – peer assessment applied during the course but not evaluated for the exam.
maGEN4.1 ; maGN5.1 : Interactive discussions amongst students about design challenges organised during the contacthours are not used for evaluation at the exam.  
Toegestane onvoldoende
Kijk in het aanvullend OER van je faculteit na of een toegestane onvoldoende mogelijk is voor dit opleidingsonderdeel.

Academische context

Deze aanbieding maakt deel uit van de volgende studieplannen:
Master of Photonics Engineering: On campus traject (enkel aangeboden in het Engels)
Master of Photonics Engineering: Online/Digital traject (enkel aangeboden in het Engels)