Aberrationsdarstellungen und ihre Deutung. Raoul Kirner, Ulrike Sloma

Transkript

1 Aberrationsdarstellungen und ihre Deutung Raoul Kirner, Ulrike Sloma

2 Inhaltlicher Überblick A Grundlegendes B Quer- vs. Längsaberration C Ray Fan Plot / Longitudinal Aberration Plot / Spotdiagramm D Aberrationen Öffnungsfehler Koma Astigmatismus Bildfeldwölbung Verzeichnung E Zusammenfassender Überblick Raoul Kirner, Ulrike Sloma 2

3 Grundlegendes - Aberrationen: Abbildungsfehler Abweichungen von der idealen geometrisch-optischen Abbildung - Beugungsbedingte Abbildungsfehler - Wellenaberration Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 3

4 Grundlegendes - Chromatische Aberrationen: Farbquer-/Farblängsfehler - Geometrische Aberrationen: Aberrationen 3. Ordnung (Seidelsche Abbildungsfehler) Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 4

5 Quer- vs. Längsaberration - Queraberration: Schnittpunktabweichungen entlang der Bildebene - Längsaberration: Schnittpunktabweichungen entlang der optischen Achse oder auf diese projeziert HH GBE h Δs Δy OA Raoul Kirner, Ulrike Sloma 5

6 Ray Fan Plot / Longitudinal Aberration Plot / Spotdiagramm - Ray Fan Plot: Darstellung der Querabweichung des Fokuspunktes in Abhängigkeit von der Höhe des einfallenden Strahls, in der GBE betrachtet - Longitudinal Aberration Plot: Darstellung der Längsabweichung des Schnittpunktes des betrachteten Strahls mit dem Hauptstrahl von der GBE - Spotdiagramm: Durchstoßpunkte der Strahlen durch GBE, Airy- Scheibchen: Beugungsgrenze Nach Sacek, Vladimir Raoul Kirner, Ulrike Sloma 6

7 Öffnungsfehler / sphärische Aberration - Entsteht bei Objektpunkten auf der optischen Achse oder im Unendlichen (parrallele Starahlen zur opt. Achse) weit geöffnete Apertur - Die Schnittweite ist abhängig von der Einfallshöhe der Strahlen auf die Sphärische Fläche bedingt durch die Kugelgestalt der sphärischen Linse, unterschiedlich starke Brechungswinkel Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 7

8 Öffnungsfehler / sphärische Aberration Raoul Kirner, Ulrike Sloma Darstellungen aus: ZEMAX 8

9 Koma / Asymmetriefehler - Schräg zur optischen Achse einfallendes Strahlenbündel Bildpunkt außerhalb des paraxialen Gebietes, weit geöffnete Apertur Bedingt durch unterschiedlich starke Brechung bei unterschiedlichen Einfallshöhen (unsymmetrischer Öffnungsfehler) Ausprägung abhängig von Lage der Systemblende Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 9

10 Koma / Asymmetriefehler Raoul Kirner, Ulrike Sloma Darstellungen aus: ZEMAX 10

11 Astigmatismus / Zweischalenfehler - Schräg einfallende Strahlenbündel, Schnittebene mit Linse elliptisch Meridionale Schnittebene unterliegt stärkerer Brechung als die Sagittale aufgrund verscheiden großer Einfallswinkel unterschiedliche Brennpunkte Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 11

12 Astigmatismus / Zweischalenfehler Raoul Kirner, Ulrike Sloma Darstellungen aus: ZEMAX 12

13 Bildfeldwölbung - Bild wird nicht auf einer Ebene sondern auf einer gewölbten Fläche erzeugt - Lage der Bildebene ist proportional zum Winkel durch die Optik Je größer der Winkel, desto näher rückt die GBE zur Linse Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 13

14 Bildfeldwölbung Raoul Kirner, Ulrike Sloma Darstellungen aus: ZEMAX 14

15 Verzeichnung - Änderung des Abbildungsmaßstabes über die Fläche - Gekrümmte Wiedergabe gerader Linien außerhalb der optischen Achse - verursacht und beeinflussbar durch Lage der Blende Beugung der Randstrahlen an Blende Raoul Kirner, Ulrike Sloma 15

16 Verzeichnung Kissenförmig: Blende hinter Objektiv Tonnenförmig: Blende vor Objektiv Raoul Kirner, Ulrike Sloma 16

17 Zusammenfassender Überblick - Fünf Seidelsche Abbildungsfehler Abhängig von Öffnung und Feld - Überlagern sich zu weiteren Aberrationen (Chromatisch, Beugungsbedingt, Wellenaberration) - Einzelbetrachtung in der Konstruktion nicht möglich Kompromisse finden Nach Thöniß, Thomas Raoul Kirner, Ulrike Sloma 17

18 Literatur Gross, Herbert: Handbook of optical systems; Vol. 3, Weinheim : Wiley-VCH, 2007 Gross, Herbert: Bewertung optischer Systeme, 3. Bildfehlertheorie, Präsentatiosfolien Haferkorn, Heinz: Optik : physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen, 4., bearb. und erw. Aufl., Weinheim : Wiley-VCH, 2003 Hecht, Eugene: Optik, 4., überarb. Aufl., München [u.a.] : Oldenbourg, 2005 Litfin, Gerd: Technische Optik in der Praxis : mit 20 Tabellen; 3., aktualisierte und erw. Aufl., Berlin [u.a.] : Springer, c 2005 Pedrotti, Frank et al.: Optik für Ingenieure : Grundlagen ; 3., bearb. und aktualisierte Aufl., Berlin [u.a.] : Springer, 2005 Richter, W.: Zerstreuungskreisfiguren der Seidelschen Bildfehler Schröder, Gottfried ; Treiber, Hanskarl : Technische Optik : Grundlagen und Anwendungen ; 9., erw. Aufl., Würzburg : Vogel, 2002 Sacek, Vladimir: abgerufen Thöniß, Thomas: Abbildungsfehler und Abbildungsleistung optischer Systeme, Vorgetragen im Rahmen des vom niedersächsischen PhotonikNet durchgeführten Seminars Technische Optik in der Praxis am 4./5. Mai 2004 in Göttingen an der Fachhochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK). Raoul Kirner, Ulrike Sloma 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Raoul Kirner, Ulrike Sloma 19