Kamprath-Reihe. Professor Dipl.-Phys. Gottfried Schroder Professor Dr. Hanskarl Treiber. Technische Optik. Grundlagen und Anwendungen

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1 Kamprath-Reihe Professor Dipl.-Phys. Gottfried Schroder Professor Dr. Hanskarl Treiber Technische Optik Grundlagen und Anwendungen 10., erweiterte Auflage Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 Optische Grofien und ihre Formelzeichen 13 Vorzeichenfestlegung nach DIN Licht, Lichtausbreitung und optische Abbildung Eigenschaften des Lichtes Wellenoptik KenngroGen der Wellen Ausbreitung von Wellen, das Prinzip von Huygens Interferenz Beugung Beugung am Gitter Beugung an einer Lochblende Brechung Ubergang in ein «optisch dichteres» Medium ri > n Ubergang in ein «optisch diinneres» Medium ri < n Reflexion Kenngrofien der Reflexion Reflexion an transparenten Medien Folge von Grenzflachen Strahlungsdurchgang durch Materie Koharenz Polarisation Quantenoptik Optische Abbildung Anforderungen an Bilder Bildarten Reelle Bilder Virruelle Bilder GauG'sche Optik, Paraxialgebiet KenngroGen optischer Systeme Objektseitige Kenngrofien F und/ Bildseitige KenngroGen F' und/' AbbildungsmaGstab VergroGerung Winkelverhalrnis TiefenabbildungsmaGstab Abbildung mit optischen Systemen Darstellung von optischen Systemen Verschiedene Medien vor und nach dem System Gleiche Medien vor und nach dem Svstem 48

3 Inhaltsverzeichnis Strahldurchrechnung Optical Design Reflexminderung Kittflachen Vergiitung Mikrostrukrurierung Biindelbegrenzung Auswirkung der Biindelbegrenzung Begrenzung des Offnungswinkels Offnungsblende Pupillen MessgroGen der Offnung Begrenzung des Feldwinkels Feldblende Luken MessgroGen des Feldes Eigenschaften von Pupillen und Luken Abschattblenden, Vignettierung Ill 3.6 Telezentrische Systeme Feldlinsen und Kondensoren Strahlung, Licht, Quellen und Empfanger Bewertung der Strahlung durch Empfanger Strahlung und Licht Ausbreitung und Empfang optischer Strahlung Raumwinkel GroGen und Einheiten der Strahlungs- und Lichttechnik Strahlungsfluss und Lichtstrom Strahlstarke und Lichtstarke Strahldichte und Leuchtdichte Bestrahlungsstarke und Beleuchtungsstarke Abstandsquadratgesetz Spektrale fotometrische und radiometrische Grofien Radiometrische und fotometrische GroGen bei der Abbildung Direkte Bestrahlung einer Empfangerflache Lichtstrom und Beleuchrungsstarke bei 1-stufiger Abbildung Beleuchtungsstarkeabfall zum Feldrand Bildleuchtdichte und geometrischer Fluss Licht- und Strahlungsquellen Allgemeine Eigenschaften Spektrale Verteilung Wirkungsgrad, Lichtausbeute Strahlende Flache, Leucht- und Strahldichte Lebensdauer I3^ Polarisationsgrad Koharenz n5 _ 4A.X.7 Frequenzverhalten I 3 -" Gliihlampen Entladungslampen Glimmlampen Leuchtstofflampen Niederdruck-Hochspannungslampen Hochdruck-Hochspannungslampen Lumineszenzdioden Leuchtdioden und UV-Dioden Infrarotdioden 143

4 Inhaltsverzeichnis Strahldurchrechnung Optical Design Reflexminderung Kittflachen Vergiitung Mikrostrukturierung Biindelbegrenzung Auswirkung der Biindelbegrenzung Begrenzung des Offnungswinkels Offnungsblende Pupillen MessgroGen der Offnung Begrenzung des Feldwinkels Feldblende Luken Messgrofien des Feldes Eigenschaften von Pupillen und Luken Abschattblenden, Vignettierung Ill 3.6 Telezentrische Systeme Feldlinsen und Kondensoren Strahlung, Licht, Quellen und Empfanger Bewertung der Strahlung durch Empfanger Strahlung und Licht Ausbreitung und Empfang optischer Strahlung Raumwinkel Grofien und Einheiten der Strahlungs- und Lichttechnik Strahlungsfluss und Lichtstrom Strahlstarke und Lichtstarke Strahldichte und Leuchtdichte Bestrahlungsstarke und Beleuchtungsstarke Abstandsquadratgesetz Spektrale fotometrische und radiometrische GroGen Radiometrische und fotometrische Grofien bei der Abbildung Direkte Bestrahlung einer Empfangerflache Lichtstrom und Beleuchtungsstarke bei 1-stufiger Abbildung Beleuchtungsstarkeabfall zum Feldrand Bildleuchtdichte und geometrischer Fluss Licht- und Strahlungsquellen Allgemeine Eigenschaften Spektrale Verteilung Wirkungsgrad, Lichtausbeute Strahlende Flache, Leucht- und Strahldichte Lebensdauer Polarisationsgrad Koharenz Frequenzverhalten Gluhlampen Entladungslampen Glimmlampen! Leuchtstofflampen Niederdruck-Hochspannungslampen Hochdruck-Hochspannungslampen Lumineszenzdioden Leuchtdioden und UV-Dioden Infrarotdioden 143

5 10 Inhaltsverzeichnis Laser Grundlagen Resonator und Lasermoden Eigenschaften des Lasers Lasertypen Anzeigen, Displays LED-Anzeigen Katodenstrahlrohren Flussigkristall-Anzeigen Plasmadisplays Das Auge Das Auge als abbildendes System Das Auge als Strahlungsempfanger Auflosungsvermogen Fotoempfanger AUgemeine Eigenschaften Empfangerarten Abbildung der Leuchtflache auf die Empfangerflache Bildempfanger Fotoschichten AUgemeine Eigenschaften Empfindlichkeit und Schwarzungskurve Auflosungsvermogen Halbleiterbildempfanger Chipstruktur Chiptechnologie Moglichkeiten der digitalen Fotografie Faseroptik und weitere Bauelemente Faseroptik Eigenschaften der Einzelfaser Faserbundel zur Lichtleitung Geordnete Faserbundel zur Bildubertragung Bildschirme Filter und Farbteiler Absorptionsfilter Interferenzfilter und Farbteiler Mikrooptische Bauelemente Mikrosrrukturierte Oberflachen Digital Mirror Devices Optische Instrumente VergroGerung und Auflosungsgrenze VergroGerung optischer Instrumente Durch Beugung bedingte Grenze des Auflosungsvermogens Beleuchrungssysteme, Scheinwerfer Ubersicht der Beleuchrungssysteme Einzelheiten zum Kondensoraufbau Scheinwerfer Projektoren Bildprojektoren Technische Kleinprojektoren Messprojektoren Beamer Fotografische Optik Scharfentiefe Bildhelligkeit als Funktion der Aufnahmeentfernung

6 Inhaltsverzeichnis Objektive fur fotografische Gerate Aufnahme und Wiedergabe stereoskopischer Bilder Lupen und Okulare VergroGerung und Bauarten der Lupen Okulare Fernrohre Aufbau und KenngroGen Beobachtungsfernrohre Kollimatoren und Autokollimationsfernrohre Fluchtfernrohre Weitere technische Fernrohre Entfernungsmesser und Sucher Entfernungsmesser Sucher Mikroskope Aufbau und VergroGerung Auflosungsvermogen und forderliche VergroGerung Beleuchtungsverfahren Objektive und Okulare Konfokale Mikroskope Weitere Hilfsmittel der technischen Mikroskopie Bildauswerrung Methoden der Bildauswerrung Beleuchrungstechnik Bildverarbeitung Interferenz- und Spektralgerate, Farben, Gitter, Holographic Grundlagen der Messung mittels Interferenz Interferometrische Langenmessung Interferometrische Oberflachenprufung Spektralgerate Ubersicht: Auflosungsvermogen Spektroskope, Spektrometer, Polychromatoren und Spektrographen Monochromatoren und Spektralfotometer Farbe und Farbmessung Grundlagen der Farbmetrik Farbmischung Additive Farbmischung Subtraktive Farbmischung Kennzeichnung einer Farbe durch MaGzahlen Farbartdarstellung im Farbdreieck Farbmessverfahren Gitter Beugungsgitter Weitere Anwendungen von Cittern Moireverfahren Barcodes Holographie Polarisation Polarisationszustande Ubersicht AUgemeine Darstellung Poincare-Kugel Stokes-Vektoren 8.2 Polarisationsverfahren Ubersicht :69 "1 '1 '3 273

7 12 Inhaltsverzeichnis Anisotrope Medien - Doppelbrechung Optische Aktivitat Bauelemente der Polarisation Polarisatoren Verzogerungsplatten Viertelwellenplatte Depolarisatoren Anwendungen der Polarisation Spannungsoptik Weitere Anwendungsbeispiele Messung optischer Kenngrofien 9.1 Kriimmungsradien Brennweiten Schnittweiten und Hauptpunktlagen Pupillendurchmesser Ubertragungsfunktion optischer Systeme 289 Formelsammlung AUgemeine Formeln Abbildung im Gaufi'schen Bereich Bundelbegrenzung Abbildungsqualitat Parameter von Licht- und Strahlungsquellen Eigenschaften optischer Systeme Optische Instrumente Optoelektronik Naherungsformeln zur Berechnung von Linsendaten Bildkonstruktion 314 Abkurzungen aus der technischen Optik, Elektronik, Datentechnik 317 Auswahl einiger DIN-Nommen 323 Literaturverzeichnis 325 Stichwortverzeichins