H.-G. Zimmer Geometrische Optik

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1 H.-G. Zimmer Geometrische Optik

2 H.-G. Zimmer Geometrische Optik Mit 46 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1967

3 Dr. Hans-Georg Zimmer 70820berkochen Lenzhalde 23 ISBN DOl lo.lo07/ ISBN (ebook) Aile Recbte, insbesondere das der Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielfaltigen. by Springer-Verlag Berlin Heidelberg Library of Congress Catalog Number Softcover reprint of the hardcover 18t edition 1967 Die Wiedergabe von Gebraucbsnamen, Handelsnamen. Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt aucb obne besondere Kennzeicbnung nicbt zu der Annahme, dab solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wilren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Titel-Nr. 1435

4 Vorwort Die geometrische Optik ist aus der Mode gekommen. Die Forscher sehen wenig Hoffnung, bei der Bearbeitung dieser Disziplin der ldassischen Physik zu wesentlichen neuen Erkenntnissen zu kommen. Die Lehrer meiden den Stoff, weil er durch die jahrhundertelangen Exerzieriibungen der Mathematiker sprode geworden ist und nicht mehr ins Konzept des modemen Physikunterrichts pabt. Geblieben und in letzter Zeit wohl gar gewachsen ist die Bedeutung der geometrischen Optik fur die Technik. Sie ermoglicht die Konstruktion der optischen Instrumente, die wir im taglichen Leben, in Wissenschaft, Forschung und Industrie als Werkzeuge benutzen. In diesem Biichlein will ich zweierlei zeigen, niimlich die Gesetze der geometrischen Optik und ihre Anwendung bei der Konstruktion optischer Instrumente. Zum Aufbau der Theorie benutze ich nicht das Snelliussche Brechungsgesetz, sondem einen Erhaltungssatz fiir die Strahlungsenergie. Damit erreiche ich eine Anpassung an die jetzt in der Physik iibliche Methodik, es fallen auch geometrische HilfsgroBen und die durch sie bedingten Singularitaten weg. Die Gesetze der geometrischen Optik lassen sich dadurch einfacher formulieren, ihre physikalische Bedeutung wird klarer. Bei der Ausfiihrung habe ich versucht, den Wiinschen der Lehrer und der Techniker in gleichem MaBe entgegenzukommen und den Stoff auf den Umfang eines Taschenbuches zu beschranken. Man wird deshalb keinen systematischen Ausbau der Theorie finden und auch keine Anleitung zum Bau optischer Instrumente, vielleicht aber die Anregung, das eine zu tun und das andere nicht zu lassen. Herrn Prof. FALK in Karlsruhe und dem Springer-Verlag danke ich fur die Aufforderung, dieses Buch zu schreiben, der Geschiiftsleitung der Firma Carl Zeiss fur die Unterstiitzung des Vorhabens und vor allem Herm HABERMANN und seinen Mitarbeitem in der Mathematischen Abteilung fiir Mikro-Optik fiir die Hilfe bei theoretischen und experimentellen Untersuchungen. Oberkochen, im Mai 1967 H.-G. Zimmer

5 Teil! Die ideale Abbildung Inhaltsverzeichnis 1 Licht, Strahlung und geometrische Optik. 1 2 Die Lichtrohre Der lineare Leitwert. 5 4 Beugung Die Rayleigh-Einheit 8 6 Definition der idealen Abbildung 9 7 Die Grundprozesse der idealen Abbildung 11 8 Abhangigkeiten zwischen den Grundprozessen Die Gesamtheit alier Prozesse der idealen Abbildung. 17 l0 Das Auge ll Brille und Lupe l2 Fernrohr und Mikroskop.. 27 l3 Die photographische Schicht 32 l4 Das Photo-Objektiv Die Berechnung der Lichtrohre Die GauBschen Klammem.. 45 l7 Graphische Darstellung der idealen Abbildung 52 l8 Leitwert-Diagramme optischer Instrumente " 62 l9 Abbildung der Tiefe Zusammenfassung des 1. Teils 71 Tell 2 Theorie der Bildfehler 21 Bildfehler und geometrische Optik Optik-Glaser Die Farbfehler der idealen Abbildung Die Zerlegung der primaren Farbfehler Das sekundare Spektrum Ebene Strahlen Die primaren monochromatischen Bildfehler ebener Strahlen Die Zerlegung der Bildfehler ebener Strahlen Die sekundaren Bildfehler ebener Strahlen Schiefe Strahlen Der Astigmatismus Zerlegung des Astigmatismus Die Koma Abhangigkeit der Bildfehler von Objekt- und Pupillenlage 162 SchluBbemerkungen und Literaturhinweise