Modulbeschreibung

Die Studierenden

• kennen die grundlegenden Unterschiede verschiedener Lichtquellen sowie deren wichtigste Kenngrössen.
• kennen konkrete Lichtquellen wie Glühlampen, Entladungslampen, Laser, LEDs, … und können diese situationsbezogen auswählen und richtig einsetzen. 
• kennen die unterschiedlichen lichttechnischen (radiometrischen und photometrischen) Grössen und können diese richtig einsetzen.
• kennen die Grundlagen der Bewertung von Licht und Farbe und können die Farbwiedergabequalität des Lichtes beurteilen. 
• können Beleuchtungskonzepte auswählen und aufbauen.
• verstehen das Funktionsprinzip eines Lasers und die zugrundeliegenden physikalischen Konzepte.
• kennen die besonderen Eigenschaften von Laserlicht und wissen diese für photonische Systeme nutzbringend einzusetzen.
• kennen die Konzepte der bedeutendsten Lasertypen mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen und verstehen die wichtigsten Schritte zu ihrer Auslegung.
• kennen einige wichtige Laseranwendungen und können die dafür notwendigen photonischen Systeme in ihren Grundzügen auslegen. 

• Grundlagen der Lichterzeugung
• Messung und Bewertung optischer Strahlung
• Technik der Lichtquellen
• Laserprinzip
• Laserbetrieb
• Laserresonatoren
• Lasermoden
• Gepulste Laser
• Technische Realisierung von Lasern
• Laseranwendungen

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung gemeinsam mit den Kursen Messtechnik und Praktikum sowie Bildverarbeitung statt.

Vorlesung, Übungen, Demonstrationen, Selbststudium

Hentschel: Licht und Beleuchtung;
Hans Rudolf Ries: Beleuchtungstechnik für Praktiker: VDE-Verlag;
Siegfried Banda: Lichttechnische Berechnungen (Reihe Technik);
Lange: Handbuch für Beleuchtung, Verlag ecomed;

Rainer Dohlus: Lasertechnik, De Gruyter (2015)
Hans Joachim Eichler, Jürgen Eichler: Laser, Springer Vieweg (2015)
Wulfhard Lange: Einführung in die Laserphysik, Wissenschaftliche Buchgesellschaft (1994)
Helmut Hügel, Thomas Graf: Laser in der Fertigung, Springer Vieweg (2014)
N. Leibinger-Kammüller (Hrsg.): Werkzeug Laser, Vogel Buchverlag (2006)

Die Studierenden

• kennen den Aufbau und die Funktionsweise ausgewählter optischer Messsysteme.
• können die Grundprinzipien ausgewählter optischer Messverfahren erklären.
• können optische Messsysteme für definierte Messaufgaben zweckmässig auswählen und können ihre Einsatzgrenzen beurteilen.
• können ausgewählte optische Messgeräte anwenden.
• können Methoden zur Qualifizierung optischer Bauelemente anwenden.

Funktionsprinzip, Eigenschaften, Anwendung und Rückführung folgender optischen Messverfahren:

• Chromatische Weisslichtsensoren
• Fokusvariationsverfahren
• Weisslichtinterferometer
• Streulichtverfahren
• Autofokussensoren
• Lichtschnittverfahren und Lasertriangulation
• Streifenprojektionssysteme
• Fotogrammetrie
• Speckleverfahren
• Laserinterferometer und Laserscanner
• Laser-Mikroskopie (Konfokal, STED, Raman, opt. Pinzette)
• Lasertracker und Lasertracer
• Verifikation geometrischer Eigenschaften von optischen und anderen Bauteilen 

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Licht- und Lasertechnik, Praktikum sowie Bildverarbeitung statt.

Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium

diverse Fachliteratur

Die Studierenden

• kennen die grundlegende Methodik zur Berechnung von zufälligen und systematischen Messabweichungen mittels statistischer Methoden und Regressionsverfahren.
• können selbstständig praktische Arbeiten an photonischen und mikrotechnischen Fragestellungen im Labor durchführen. 
• können Messergebnisse nachvollziehbar protokollieren, Daten auswerten und Messunsicherheiten berechnen.
• können Messergebnisse bewerten und daraus sinnvolle Schlussfolgerungen ziehen.
• sind mit dem Führen eines Laborjournals vertraut und können einen technischen Bericht verfassen.

Praktika aus dem Bereich der Messtechnik wie z.B. 

• Bestimmung dimensioneller und geometrischer Merkmale
• Chromatische und interferometrische Messverfahren
• Streifenprojektion und Fotogrammetrie

Praktika aus dem Bereich Dünnschichten / Wellenleiter wie z.B. 

• Charakterisierung dünner Schichten: Reflexion, Transmission, Brechungsindex, Dicke, Single-/Multilayer
• Faseroptik: NA, Dämpfung, Handling

Praktika aus dem Bereich Licht- und Lasertechnik wie z.B. 

• Charakterisierung unterschiedlicher Lichtquellen
• Aufbau eines Lasers: Pumpe, Resonator, SHG
• Photoeffekt

Praktika aus dem Bereich Mikrotechnik wie z.B. 

• Mikroskopie
• Schichtdickenmessung
• Messung von Dünnschichtwiderständen

Praktika aus dem Bereich Bildverarbeitung wie z.B. 

• Bildaufnahmetechnik
• Objekt- und Lageerkennung
• Objektklassifikation (klassisch vs. Maschinelles Lernen)

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den KursenKursen Licht- und Lasertechnik, Messtechnik sowie Bildverarbeitung statt.

Praktikum

Praktikumsbeschreibungen

Die Studierenden

• kennen die Anwendungsbereiche eines gängigen Simulationsprogramms im nicht-sequentiellen Modus, können dieses situationsbezogen richtig einsetzen und kennen dessen Limitationen.
• sind in der Lage dieses für die Auslegung, Bewertung und die Optimierung von optischen Systemen einsetzen. 
• sind in der Lage anhand von Datenblättern entsprechende optische Komponenten in einem Simulationsprogramm zu implementieren und kennen deren Funktion.
• kennen den wesentlichen Aufbau eines photonischen Systems und entwickeln ein Verständnis für die Implementation in einem Simulationsprogramm.
• können das Simulationstool in einer technischen Problemstellung/Designaufgabe anwenden und selbstständig kleinere Projekte bearbeiten und dokumentieren.

• Aufbau und Grenzen eines Simulationsprogramms im nicht sequentiellen Modus
• Simulation von Systemkomponenten (Lichtquellen, Detektoren, Linsen, Spiegel, etc.) anhand ihrer Spezifikationen erstellen 
• Simulation optischer Eigenschaften von Komponenten (Transmission, Reflexion, Streuung, Polarisation, …)
• Auslegung einfacher optischer Systeme
• Optimierung einfacher Systeme (z.B. von Strahleigenschaften wie Kollimation, Homogenität, maximale Intensität)
• Simulation einfacher Interferenzerscheinungen
• Import/Export von Dateiformaten
• Analysemöglichkeiten eines optischen Systems mit einem Simulationsprogramm

Während des Semesters wird eine Projektarbeit bewertet.

Vorlesung, Übungen, Selbststudium, Projektarbeit

 Vorlesungsskript, vorgefertigte Simulationsfiles 

Die Studierenden

• kennen den gesamten Prozessablauf bei der Bildverarbeitung: Beleuchtung, Detektion (Bildaufnahme), Signalverarbeitung, Segmentierung, Objekterkennung, Klassifikation.
• können Bildverarbeitungssysteme für unterschiedliche Anwendungen konzipieren und aufbauen.
• können Automatisierungsprozesse mit optischen Komponenten konzipieren und aufbauen und optische Sensoren in ein Produktionsumfeld integrieren.
• kennen typische Anwendungsfelder der industriellen Bildverarbeitung.

Bildakquisition (Bildaufnahmetechnik)

• Beleuchtung
• Optik
• Kameratechnik
• Echtzeitsteuerung und -verarbeitung

Grundlagen der Bildverarbeitung

• Bilder und statistische Merkmale
• Methoden der Bildverbesserung (Glättungsfilter, morphologische Operationen)
• Objekterkennung über Kantendetektion (Gradientenfilter, Hough Transformation), über Regionen und Oberfläche (Textur)
• Klassifikation

Exemplarische Anwendungen

• Positions- und Lageerkennung
• Vermessung

Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Licht- und Lasertechnik, Messtechnik und Praktikum  statt.

Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium

R. Gonzales et. al.: Digital Image Processing using Matlab