Optiikka ja optometrian sovellukset (10 op)

Tavoitteet

TIETO
opiskelija osaa
• selittää ja ratkaista piirtämällä ja laskemalla silmään, optisiin instrumentteihin, sekä linsseihin liittyviä ongelmia, niiden toimintaa ja korjauksia
o aihealueet ovat: taittuminen yksittäisessä pallopinnassa tai tasopinnassa, ohuet linssit, paksut linssit ja peilit.
• kertoa valon fysikaaliset perusominaisuudet (valon aaltomainen luonne ja aberraatiot, valon käyttäytyminen väliaineissa, polarisaatio ja valon kulku useamman polarisaattorin läpi, kuvan laatu, diffraktio ja interferenssi
• osaa kuvata valaistuksen perusominaisuudet ja opastaa tarkoituksenmukaisen valaistuksen valinnassa
• kertoa silmäsuojaimien ja aurinkolasien ominaisuuksista

TAITO
opiskelija osaa
TYÖELÄMÄHARJOITTELU JA HARJOITTELU OPPILAITOKSESSA 2 op:
• neuvoa ja sovittaa mahdollisimman sopivat silmälasit, aurinkolasit ja suojalasit ottaen huomioon kestävyyden ja mukavuuden (anatomia), sekä kosmeettisen ja elämäntapanäkökulmat.
• mitata yksiteho- ja monitehosilmälasit ottaen huomioon standardit.
• taivuttaa silmälasit ottaen huomioon eri kehysmateriaalien ominaisuudet
• valmistaa yksiteho- ja monitehosilmälasit
• tehdä yksinkertaisia silmälasien huoltotöitä ja korjauksia
• tunnistaa kehysmateriaalit ja tuntee erikoislisäkäsittelyjen käytön

Sisältö

GEOMETRINEN OPTIIKKA
Taittuminen yksittäisessä pallopinnassa tai tasopinnassa:
• Kaarevuus ja sagittaalinen syvyys
• Taitekerroin ja valon suoraviivainen eteneminen
• Vergenssi ja pallopinnan taittovoima
• Kuvausyhtälöt
• Sivusuurennus
• Taittumislaki (Snellin laki)
• Kokonaisheijastus
Ohuet linssit
• Vergenssi ja taittovoima
• Linssin kuvausyhtälö
• Sivusuurennus
• linssintekijän yhtälö (Lensmaker’s formula)
• Ray tracing (Konstruktiosäteet)
Paksut linssit
• Linssin kuvausyhtälö
• Peruspisteet ja päätasot
• Taittovoima
Peilit
• Heijastuminen tasopinnassa ja pallopinnassa
• Pinnasta heijastuneen valon osuus (Fresnel laki)
• Polttopiste ja -väli, kaarevuus
• Kuvausyhtälö
• Sivusuurennus
• Linssi/peilisysteemit
• Ray tracing (Konstruktiosäteet)

FYSIKAALINEN OPTIIKKA
Valon aaltomainen luonne ja aberraatiot
• valon aaltomainen liike
• elektromagneettinen spektri
• osittainen ja täydellinen koherenssi
• diffraktio
• interferenssi (kaksoisrakokoe, hila, ohut kalvo ja heijastamattomat pinnat, holografia)
• valon sironta (Rayleigh ja Tyndall)
• dispersio
Valon käyttäytyminen eri materiaaleissa
• atomien energiatilat, absorptio ja emissio ja viivaspektri
• jatkuva spektrin jakauma
• fluoresenssi (fotonit ja energiatilat)
• laserit
• läpäisykäyrät eri väliaineissa
• hohtodiodi , LED
Polarisaatio
• Lineaarinen polarisoitunut valo
• Pyörö- ja elliptinen polarisaatio
• Polarisoituminen heijastumissa (häikäisynesto, Brewsterin laki)
• polarisaation vaikutus heijasteisiin
• hyvän polarisaation läpäisy (stressi analyysi, Malus-laki)
Kuvan laatu
• Voimakkuuden vaikutus
• Pistemäisen ja viivamaisen valon jakauma (point and line spread function)
• Modulaation siirtofunktio MTF (Fourier -optiikka)

VISUAALINEN OPTIIKKA
Verkkokalvokuvan laatu
• Aberraatiot
• sfäärinen
• kromaattinen
• koma
• kaareutuminen
• vinojen suuntien astigmatismi
• vääristymät
• Diffraktio ja valon sironta
• Pistemäisen ja viivamaisen valon jakauma (PSF)
Aaltorintamateknologia ja sen hyödyntäminen optometriassa

Silmä ja säteily
• Radiometria (säteily, intensiteetti, säteilyteho, ja säteilyvoimakkuus)
• Valaistustekniikka (valonlähteet ja valaisumuodot, valovoima, luminanssi ja valaistusvoimakkuus, Lambertian pinnan-kosinilaki, valaistusmittaukset ja suunnittelu)
• Spektrin eri osien läpäisevyys silmän väliaineissa
• Valaistusvoimakkuus verkkokalvolla
• Säteilyn, erityisesti infrapunan, ultravioletin ja näkyvän valon vaikutukset

o Silmäsuojaimien ja aurinkolasien ominaisuudet
o Absorptiolinssit
- linssivärit ja absorpoivat pinnoitteet
- linssin paksuuden vaikutus läpäisevyyteen
- fotokromaattisten linssien periaate
o Suoja-, työ- ja harrastelasit
- iskunkestävyys
- suojalasit
- standardit
• Linssi- ja kehysvalmistajat ja valikoimat
o tuote-esittelyt

Aika ja paikka

Syyslukukausi 2024, ensimmäinen periodi
Myllypuron kampus, Teams / Zoom. Opintojakson opettaja antaa tarkempaa tietoa ennen opintojakson alkua.

Oppimateriaalit

Ilmoitetaan opintojaksolla.

Opettajan laatimat tehtävät ja MATERIAALIT ovat Tekijänoikeuslain (404/61) mukaisia teoksia, joihin opettajalla on tekijänoikeus. Tehtäviä JA MATERIAALEJA ei saa käyttää muuten kuin omissa opinnoissaan. Niiden julkinen levittäminen on sallittua vain opettajan luvalla.

Opetusmenetelmät

Luennot
Koti- ja tuntitehtävät
Kirjalliset tehtävät
Näytöt

Harjoittelu- ja työelämäyhteistyö

Työelämäharjoittelu 1 viikko (1,5 op)
Näytöt kampuksella (0,5 op)
Työelämäpäivä Myllypuron kampuksella 5.9.2024

Tenttien ajankohdat ja uusintamahdollisuudet

Tentti fysiikka: Opettaja kertoo tarkemmat tenttipäivät lähiopetuksen aikana
Uusintatentit (2 kpl) Syksy 2024
Uusintatenttien päivämäärät ilmoitetaan myöhemmin.

Kansainvälisyys

-

Toteutuksen valinnaiset suoritustavat

-

Opiskelijan ajankäyttö ja kuormitus

10 opintopistettä = 270 h opiskelijan työtä
Teoreettiset opinnot: luennot, tehtävät, itsenäinen työskentely 8 op = 216 h
Työelämäharjoittelu ja näytöt (sisältää valmistautumisen) = 54 h

Lisätietoja opiskelijoille

Mikäli opiskelijalla on yksilöllisten opetusjärjestyjen päätös, joka vaikuttaa opintojakson suorittamiseen, tulee opiskelijan olla yhteydessä opintojaksototeutuksen vastuuopettajaan heti ilmoittautumisajan päätyttyä.

Tekoälyn käytöstä opintojaksolla ohjeistetaan erikseen. Opiskelijan tulee tutustua Metropolian tekoälyohjeistukseen ja noudattaa sitä opintosuorituksissaan.

Arviointiasteikko

0-5

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1)

Opiskelija osaa:
- Osoittaa perehtyneisyyden ydinainekseen
- Käyttää oikein yksittäisiä alan käsitteitä
- Etsiä yksittäiseen tilanteeseen tietoa
- Erottaa arkitiedon tutkitusta tiedosta
- Toimia yksittäisissä ammatillisissa tilanteissa ohjeistuksen mukaisesti
- Osoittaa perehtyneisyyden ammattialaansa
- Osoittaa saavuttaneensa ydinosaamisen tavoitteet
- Noudattaa turvallisuusohjeita
- Osoittaa perehtyneisyyden ammattialan eettisiin periaatteisiin
- Toimia opiskelijaryhmän jäsenenä

Arviointikriteerit, hyvä (3)

Opiskelija osaa:
- Osoittaa perehtyneisyyden alan käsitteisiin ja tietoperustaan
- Arvioida ja rajata tiedon tarpeen
- Toimia hyvin ammattialan tyypillisissä tehtävissä ja tilanteissa
- Toimia monikulttuurisissa ympäristöissä
- Toimia turvallisesti
- Toimia ammattialan eettisten periaatteiden mukaisesti
- Toimia opiskelijaryhmässä

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

Opiskelija osaa:
- Käyttää alan käsitteitä ja tietoa johdonmukaisesti
- Arvioida ja käyttää erilaisia tietolähteitä
- Soveltaa tietoperustaa ammatillisissa tehtävissä
- Toimia erilaisissa tehtävissä, eri toimintaympäristöissä
- Toimia ammatillisessa tilanteessa itsenäisesti ja vastuullisesti
- Toimia turvallisuus huomioiden
- Perustella toimintaa ammattialan eettisten periaatteiden mukaisesti
- Organisoida opiskelijaryhmän toimintaa

Arviointikriteeri, hyväksytty/hylätty

Opiskelija osaa:
- Osoittaa perehtyneisyyden ydinainekseen
- Käyttää oikein yksittäisiä alan käsitteitä
- Etsiä yksittäiseen tilanteeseen tietoa
- Erottaa arkitiedon tutkitusta tiedosta
- Toimia yksittäisissä ammatillisissa tilanteissa ohjeistuksen mukaisesti
- Osoittaa perehtyneisyyden ammattialaansa
- Osoittaa saavuttaneensa ydinosaamisen tavoitteet
- Noudattaa turvallisuusohjeita
- Osoittaa perehtyneisyyden ammattialan eettisiin periaatteisiin
- Toimia opiskelijaryhmän jäsenenä

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Arviointi edellyttää kaikkien osien suorittamista hyväksytysti.
Opintojakson arvosana määräytyy tenttien ja kirjallisten tehtävien perusteella.
Tentit ja kirjalliset tehtävät arvioidaan asteikolla 1-5, tenttien painotus on 60% fysiikan osuus ja 40% optometrian osuus.
Työelämäjakso ja näytöt arvioidaan hyväksytty - täydennettävä.

Esitietovaatimukset

Silmälasit ja niiden valmistus ja Silmälasilinssien optiikka

Osaamistavoitteet

TIETO
opiskelija osaa
• selittää ja ratkaista piirtämällä ja laskemalla silmään, optisiin instrumentteihin, sekä linsseihin liittyviä ongelmia, niiden toimintaa ja korjauksia
o aihealueet ovat: taittuminen yksittäisessä pallopinnassa tai tasopinnassa, ohuet linssit, paksut linssit ja peilit.
• kertoa valon fysikaaliset perusominaisuudet (valon aaltomainen luonne ja aberraatiot, valon käyttäytyminen väliaineissa, polarisaatio ja valon kulku useamman polarisaattorin läpi, kuvan laatu, diffraktio ja interferenssi
• osaa kuvata valaistuksen perusominaisuudet ja opastaa tarkoituksenmukaisen valaistuksen valinnassa
• kertoa silmäsuojaimien ja aurinkolasien ominaisuuksista

TAITO
opiskelija osaa
TYÖELÄMÄHARJOITTELU JA HARJOITTELU OPPILAITOKSESSA 2 op:
• neuvoa ja sovittaa mahdollisimman sopivat silmälasit, aurinkolasit ja suojalasit ottaen huomioon kestävyyden ja mukavuuden (anatomia), sekä kosmeettisen ja elämäntapanäkökulmat.
• mitata yksiteho- ja monitehosilmälasit ottaen huomioon standardit.
• taivuttaa silmälasit ottaen huomioon eri kehysmateriaalien ominaisuudet
• valmistaa yksiteho- ja monitehosilmälasit
• tehdä yksinkertaisia silmälasien huoltotöitä ja korjauksia
• tunnistaa kehysmateriaalit ja tuntee erikoislisäkäsittelyjen käytön

Sisältö

GEOMETRINEN OPTIIKKA
Taittuminen yksittäisessä pallopinnassa tai tasopinnassa:
• Kaarevuus ja sagittaalinen syvyys
• Taitekerroin ja valon suoraviivainen eteneminen
• Vergenssi ja pallopinnan taittovoima
• Kuvausyhtälöt
• Sivusuurennus
• Taittumislaki (Snellin laki)
• Kokonaisheijastus
Ohuet linssit
• Vergenssi ja taittovoima
• Linssin kuvausyhtälö
• Sivusuurennus
• linssintekijän yhtälö (Lensmaker’s formula)
• Ray tracing (Konstruktiosäteet)
Paksut linssit
• Linssin kuvausyhtälö
• Peruspisteet ja päätasot
• Taittovoima
Peilit
• Heijastuminen tasopinnassa ja pallopinnassa
• Pinnasta heijastuneen valon osuus (Fresnel laki)
• Polttopiste ja -väli, kaarevuus
• Kuvausyhtälö
• Sivusuurennus
• Linssi/peilisysteemit
• Ray tracing (Konstruktiosäteet)

FYSIKAALINEN OPTIIKKA
Valon aaltomainen luonne ja aberraatiot
• valon aaltomainen liike
• elektromagneettinen spektri
• osittainen ja täydellinen koherenssi
• diffraktio
• interferenssi (kaksoisrakokoe, hila, ohut kalvo ja heijastamattomat pinnat, holografia)
• valon sironta (Rayleigh ja Tyndall)
• dispersio
Valon käyttäytyminen eri materiaaleissa
• atomien energiatilat, absorptio ja emissio ja viivaspektri
• jatkuva spektrin jakauma
• fluoresenssi (fotonit ja energiatilat)
• laserit
• läpäisykäyrät eri väliaineissa
• hohtodiodi , LED
Polarisaatio
• Lineaarinen polarisoitunut valo
• Pyörö- ja elliptinen polarisaatio
• Polarisoituminen heijastumissa (häikäisynesto, Brewsterin laki)
• polarisaation vaikutus heijasteisiin
• hyvän polarisaation läpäisy (stressi analyysi, Malus-laki)
Kuvan laatu
• Voimakkuuden vaikutus
• Pistemäisen ja viivamaisen valon jakauma (point and line spread function)
• Modulaation siirtofunktio MTF (Fourier -optiikka)

VISUAALINEN OPTIIKKA
Verkkokalvokuvan laatu
• Aberraatiot
• sfäärinen
• kromaattinen
• koma
• kaareutuminen
• vinojen suuntien astigmatismi
• vääristymät
• Diffraktio ja valon sironta
• Pistemäisen ja viivamaisen valon jakauma (PSF)
Aaltorintamateknologia ja sen hyödyntäminen optometriassa

Silmä ja säteily
• Radiometria (säteily, intensiteetti, säteilyteho, ja säteilyvoimakkuus)
• Valaistustekniikka (valonlähteet ja valaisumuodot, valovoima, luminanssi ja valaistusvoimakkuus, Lambertian pinnan-kosinilaki, valaistusmittaukset ja suunnittelu)
• Spektrin eri osien läpäisevyys silmän väliaineissa
• Valaistusvoimakkuus verkkokalvolla
• Säteilyn, erityisesti infrapunan, ultravioletin ja näkyvän valon vaikutukset

o Silmäsuojaimien ja aurinkolasien ominaisuudet
o Absorptiolinssit
- linssivärit ja absorpoivat pinnoitteet
- linssin paksuuden vaikutus läpäisevyyteen
- fotokromaattisten linssien periaate
o Suoja-, työ- ja harrastelasit
- iskunkestävyys
- suojalasit
- standardit
• Linssi- ja kehysvalmistajat ja valikoimat
o tuote-esittelyt

Esitietovaatimukset

Silmälasit ja niiden valmistus ja Silmälasilinssien optiikka