Technische Optik

Technische Optik
1. Teil (Grundlagen der Grundlagen)
– Licht, Strahlen, Strahlenoptik, Definition nach DIN, Laufrichtung, Winkel
– Optische Medien, Brechzahl, Brechungsindex, Brechungsgesetz, Reflexionsgesetz
– Abbildung, Nullstrahlformel, Abbildungsgleichung, Linsen, Spiegel
– Grundpunkte optischer Systeme, Listingsche Konstruktion
– Fresnel, Reflexminderung, Brewsterwinkel, Planplatte, Strahlversatz (Vorgriff auf zweiten Tag Abberation)
2. Teil (Abberation und Einfache Abbildungssysteme)
– Polarisation (zirkular, linear, elliptisch)
– Abbildungsfehler, geometrische und Wellenoptik, Airy-Scheibe, Auflösevermögen
– Bildfeldwölbung, Verzeichnung, chromatische Abberationen
– Praxisbeispiele von Abbildungsfehlern und Korrekturmöglichkeiten
– Einfache Abbildungssysteme: Fernglas, Teleskop, Blenden, Luken, Pupillen
– Strahlparameterprodukt und Etendue
3. Teil (Einfache Abbildungssysteme und Komplexere optische Instrumente)
– Optische Fasern, Funktionsprinzip, Monomode- und Multimodefasern
– ausgewählter optischer Geräte (Praxisbeispiele)
– Optische Bauelemente und Funktionsprinzipien
– Konfokalmikroskope
– Telezentrischer Strahlengang
– ausgewählter optischer Geräte (Praxisbeispiele)
4. Teil (Strahlungsquellen, Empfänger und Bildgeber)
– Laser- Prinzip und Aufbau
– Halbleiterstrahlungsquellen (LD, LED und OLED)
– Optische Sensoren: PD, CCD, CMOS, MCP, etc.
– Bildgeber: Displays (LCD, LCOS) und Projektoren
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Dr. Adrian Mahlkow
Dr. Adrian Mahlkow
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2016/2017
1. Teil (Grundlagen der Grundlagen)
Licht, Strahlen, Strahlenoptik, Definition nach DIN,
Laufrichtung, Winkel
Optische Medien, Brechzahl, Brechungsindex,
Brechungsgesetz, Reflexionsgesetz
Abbildung, Nullstrahlformel, Abbildungsgleichung, Linsen
Grundpunkte optischer Systeme, Listingsche Konstruktion
Fresnel, Reflexminderung, Brewsterwinkel, Planplatte
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Was ist Geometrische Optik?
Geometrische Optik = Strahlenoptik
●
→ 0 (= Wellenlänge), eigentlich 380 bis 780 nm
●
Die Ausbreitung des Lichts ist geradlinig = Strahlen.
●
Die Überlagerung von Strahlen geschieht rein additiv
●
Keine gegenseitige Beeinflussungen
●
Strahlenübergang zw. Medium gemäß Brechungsgesetz.
●
Die auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien treffende
Strahlung wird gemäß Reflexionsgesetz zurückgeworfen.
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Gesetze der Strahlenoptik
c
n=
v
Brechzahl n
n sin ε = n ' sin ε '
Brechungsgesetz nach Snelius, 1615
Brechungsindex n
ε = −ε
Reflexionsgesetz
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Totalreflexion
sei n > n', so wird ε ' =
n'
sin ε g =
<1
n
Für Winkel
π
für
2
ε > εg
n sin ε = n ' sin ε '
n
εg
Medium
1,33 48,75° Wasser
tritt Totalreflexion auf
1,45 43,60° Glas, min.
2,00 30,00° Glas, max.
2,4
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24,62° Diamant
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Gaussische Näherung & DIN 1335
Für kleine Winkel ε
kann man nähern:
●
●
●
●
●
●
●
,ε
'
nε = n ε
'
'
Die Lichtrichtung verläuft von links nach rechts.
Die optische Achse ist Verbindungsgerade der Krümmungszentren.
Strecken in Lichtrichtung werden positiv,
entgegen der Lichtrichtung negativ gezählt
Strecken werden von Scheitelpunkten der Flächen aus gemessen.
Strecken senkrecht zur optischen Achse werden nach oben positiv,
nach unten negativ gezählt.
Strahlneigungswinkel gegenüber der optischen Achse werden negativ
gezählt, wenn der Strahl von links oben nach rechts unten verläuft,
sie werden positiv gezählt, wenn der Strahl von links unten nach
rechts oben verläuft.
Flächenradien werden vom Scheitel zum Zentrum gerechnet.
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Nullstrahlformel
u+i=φ=u ' +i '
n ' n n '− n
= +
s' s
r
−h
u=
s
−h
u'=
s'
−h
φ=
r
n ' σ ' = n σ − (n '− n) ρ h
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n '− n
= (n '− n) ρ
r
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Lateraler Abbildungsmaßstab
l ' s '− r
=
l s− r
l' s' n
β = =
l n' s
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nσ
β=
n'σ '
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Grundpunkte des optischen Systems
Sk F ' = sF' '
s1 = ∞ ; σ 1 = 0
S1 F = sF
sk' = ∞; ϖ k' = 0
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Brennweite
lk'
f =
n1 ω1
lk'
f = lim
n1 tan ω 1
für ω 1 → 0
l1
f =− ' '
nk ω k
l1
f = − lim '
nk tan ω k'
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für
l1 → 0
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Vergrößerungen
lk'
β =
l1
lateraler Abbildungsmaßstab
σ
γ =
σ
Winkelvergrösserung
'
k
1
dsk'
α =
ds1
Tiefenvergrösserung
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Listingsche Konstruktion
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Grundpunkte und Schnittweiten
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Fresnelschen Formeln
Reflexions- und
Transmissionskoeffizienten
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Brewsterwinkel und Polarisation
Senkrechter Einfall
und
Brewsterwinkel
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Reflexion bei senkrechtem Einfall
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Antireflexionsbeschichtung
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Ende von Teil 1
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