die optische abbildung

DIE OPTISCHE ABBILDUNG
DOZENT DR. HABIL. CHRISTIAN HOFMANN, JENA
MIT 139 BILDERN UND 10 TABELLEN
LEIPZIG 1980
AKADEMISCHE VERLAGSGESELLSCHAFT
GEEST & PORTIG K.-G.
Inhalt
Einführung
11
1.
Die mathematischen Grundgesetze der kollinearen Abbildung
1.1.
1.4.
1.5.
1.6.
Die kollineare Abbildung als mathematische Objekt-Bild-Transformcition
Die Newtonsche Abbildungsgleichung
Die Listingsche strahlengeometrische Konstruktion der axialsymmetrischen kollinearen Abbildung
Die Linsengleichung
Der Tiefenabbildungsmaßstab
Die zusammengesetzte Kollineation
22
29
31
34
2.
Der Übergang von der Wellen- zur Strahlenoptik
40
1.2.
1.3.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
„ 2.12.
i
. . . . . .
3.
. . .
Die Maxwellsche Theorie als Grundlage der Optik
Die Wellengleichung
Die Dispersion des Lichtes
:
Reflexion und Brechung ebener Wellen
Die Superposition von Wellen
Die skalare Wellengleichung
Beugung des Lichtes
Fraunhofersche Beugung einer konvergierenden Kugelwelle . . . .
Die Eikonalgleichung
Der Satz von M a l u s und das Fermatsche Prinzip
Formale Analogie zwischen Optik und Mechanik
Geometrisch-optische Abbildung kleiner Linienelemente, Sinus- und
Herschelbedingung
17
17
18
40
42
46
56
62
67
71
76
92
96
102
105
Die aplanatische Abbildung als Idealfall der strahlenoptischen Abbildung
112
•» 3.1. Der Energieerhaltungssatz der geometrischen Optik und die Abbesche
Sinusbedingung
3.2. Die aplanatische Abbildung bei endlichem Abbildungsmaßstab
. .
* 3.3. Die Sinusbedingung bei Abbildung aus dem Unendlichen
3.4. Aplanatische Punkte, aplanatische Flächen und aplanatische Systeme
# 3.5. Die Auswirkungen von Verletzungen der Abbeschen Sinusbedingung
3.6. Die Informationsübertragung bei der aplanatischen Abbildung . . .
112
114
117
118
121
123
4.
Die paraxiale geometrisch-optische Abbildung
126
4.1.
4.2.
Die allgemeine Abbildungsgleichung beliebiger Strahlenbündel . . .
Die paraxiale Näherung der allgemeinen Abbildungsgleichungen . .
126
129
Inhalt
4.3.
9
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
Der paraxiale laterale Abbildungsmaßstab und die Helmholtz-Lagrangesche Invariante
Die paraxiale Abbildung an Kugel- und Planflächen
Die paraxiale Abbildung durch eine Folge zentrierter Kugelflächen .
Die paraxiale Abbildung durch Linsen
Äquivalentlinsen verschwindender Dicke
Spezielle Formen konkreter Linsen endlicher Dicke
Die paraxiale Abbildung durch Planparallelplatten
'Die astigmatische Abbildung durch torische Flächen
134
137
138
141
149
159
169
171
5.
Die Strahlbegrenzung durch Blenden
174
5.1.
5.2.
5.3.
174
178
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
Der Einfluß von Blenden auf die optische Abbildung
Die Begrenzung der Apertur durch die Öffnungsblende
Die Begrenzung der Beleuchtungsstärke des Bildes durch die Aperturblende und die natürliche Vignettierung
Schärfentiefe und telezentrischer Hauptstrahlengang
Der Einfluß der Blendenlage auf die Perspektive
Feldbegrenzende Blenden und künstliche Vignettierung
Der Einfluß der Beugung an den Blenden auf die optische Abbildung
179
182
186
187
191
6.
Der Strahlengang in optischen Instrumenten
199
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
6.7.
Das Auge und seine Korrektur durch das Brillenglas
Die Vergrößerung des Sehwinkels durch optische Instrumente . . .
Der Strahlengang im Teleskop
Der Strahlengang im Mikroskop . . . . *
Das Fotoobjektiv
Der Strahlengang bei Beleuchtungssystemen
Die optische Abbildung bei Beleuchtung mit Laserstrahlung
. . .
199
206
213
219
224
231
234
7.
Die Farbfehler der paraxialen optischen Abbildung
241
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
Die chromatische Variation des paraxialen Bildortes
Die Achromasiebedingung für Systeme aus dünnen Linsen
Das sekundäre Spektrum und seine Korrektur
.
Die chromatische Aberration der Brennweite
Das perspektivische Farbzentrum
Die chromatischen Aberrationen der Pupillenabbildung
241
245
246
248
250
251
8.
Der reale geometrisch-optische Strahlenverlauf im nicht paraxialen
Gebiet und die Theorie der monochromatischen Aberrationen
. . .
252
8.1.
8.2.
8.3.
Der
Die
Die
den
Verlauf der Meridionalstrahlen im optischen System
geometrisch-optischen Strahlaberrationen und das Spotdiagramm
Entwicklung der hauptstrahlbezogenen Queraberrationen nach
orthogonalen Zernikeschen Kreispolynomen
252
255
261
10
8.4.
8.5.
8.6.
8.7.
8.8.
8.9.
8.10.
8.11.
8.12.
8.13.
8.14.
)$ 8.15.
8.16.
8.17.
Inhalt
Das Gaußmoment als geometrisch-optisches Bildgüte- und Korrektionskriterium
267
Die Wellenaberration
269
Der Einfluß der Wellenaberration auf die beugungsbedingte Punkt bildverwaschung
279
Die Strehlsche Definitionshelligkeit
283
Der Öffnungsfehler
288
Die Pupillenaberration und die Verzeichnung
300
Der Astigmatismus und die Bildfeldwölbung
304
Die Koma
315
Die Isoplanasiebedingung
322
Die Bedeutung der Bildfehler höherer Ordnung
325
Über die Korrektion optischer Systeme
327
Asphärische Flächen
332
Fresnelflächen
336
Über die durch Material- und Fertigungsfehler entstehenden Zusatzaberrationen realer optischer Systeme
339
9.
Die Fouriertheorie der optischen Abbildung
9.1.
Die Beeinflussung des Punktbildes durch Ortsfrequenzfilterung in
der Pupille
Die Beschreibung der Abbildung ausgedehnter Objekte mit Hilfe der
Kohärenzfunktion
Die partiell kohärente Abbildung als Ortsfrequenzfilterung
Die optische Übertragungsfunktion der inkohärenten Abbildung . .
Die Abbesche Theorie der Abbildung beim Mikroskop
Die Abbildung von Phasenstrukturen beim Mikroskop
Die Holografie als zeitlich unterbrochene kohärente Zwei-SchrittAbbildung
Die quasi paraxiale holografische Rekonstruktion
Die holografischen Wellenaberrationen
Die Anwendung der Fouriertransformation auf reale optische Systeme
9.2.
9.3.
9.4.
9.5.
9.6.
9.7.
9.8.
9.9.
9.10.
341
341
347
355
366
374
380
383
388
393
394
Literatur
396
Namen- und Sachregister
410