Bewertung optischer Systeme von Heinz Haferkorn Mit 309 Abbildungen VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin 1986
Inhaltsverzeichnis 1. Abbildung und Bewertung 9 1.1. Optische Abbildung 9 1.1.1. Bedeutung der optischen Abbildung 9 1.1.2. Aspekte der optischen Abbildung 15 1.1.3. Realisierung der optischen Abbildung 19 1.2. Bewertung der optischen Abbildung 25 1.2.1. Bildgüte 25 1.2.2. Bildeindruck 26 1.2.3. Bewertung konkreter und realer optischer Systeme ; 27 1.3. Kollineare Abbildung 29 1.3.1. Abbildung als mathematische Transformation 29 1.3.2. Zentrierte kollineare Abbildung 32 1.3.3. Koordinatensysteme 36 1.3.4. Homogene Koordinaten. Matrizendarstellung 44 1.3.5. Zusammengesetzte kollineare Abbildung 47 2. Strahlenoptische Bewertung zentrierter optischer Systeme 54 2.1. Strahlaberrationen 54 2.1.1. Meridionalstrahlen 54 2.1.2. Astigmatische Büschel 58 2.1.3. Windschiefe Strahlen 64 2.1.4. Asphärische Flächen 69 2.1.5. Spiegelflächen 78 2.2. Farblängsfehler 81 2.2.1. Flächenteilkoeffizient.. 81 2.2.2. Linsenteilkoeffizient 84 2.2.3. Gauß-Fehler. Sekundäres Spektrum 86 2.2.4. Polychromasie 89 2.3. Farbfehler des Hauptstrahls 91 2.3.1. Flächenteilkoeffizient 91 2.3.2. Linsenteilkoeffizient 97 2.4. Auswertung der Strahlaberrationen 98 2.4.1. Sinusbedingung 98 2.4.2. Isoplanasiebedingung ' 101 2.4.3. Tangensbedingung 104 2.4.4. Korrektionsdarstellungen 107 2.4.5. Spotdiagramm. Gauß-Moment 113
6 Inhaltsverzeichnis 3. Analytische Bewertung zentrierter optischer Systeme. 119 3.1. Eikonale 119 3.1.1. Punkteikonal 119 3.1.2. Winkeleikonal 121 3.1.3. Winkeleikonal für zentrierte optische Systeme 123 3.1.4. Darstellung der brechenden Fläche 124 3.1.5. Brechung an der Rotationsfläche 126 3.1.6. Paraxiales Gebiet 129 3.1.7. Winkeleikonal in Pupillenkoordinaten 130 3.1.8. Abweichungen dritter Ordnung 139 3.2. Öffnungsfehler dritter Ordnung. 143 3.2.1. Brechende Fläche 143 3.2.2. Flächenteilkoeffizient 148 3.2.3. Linsenteilkoeffizient 150 3.3. Koma dritter Ordnung 152 3.3.1. Brechende Fläche 152 3.3.2. Flächenteilkoeffizient ' 156 3.3.3. Linsenteilkoeffizient 158 3.4. Astigmatismus und Bildfeldwölbung dritter Ordnung 160 3.4.1. Brechende Fläche... '. 160 3.4.2. Flächenteilkoeffizient 163 3.4.3. Linsenteilkoeffizient 166 3.4.4. Petzval-Bedingung 167 3.5. Verzeichnung dritter Ordnung 169 3.5.1. Brechende Fläche 169 3.5.2. Flächenteilkoeffizient 170 3.5.3. Linsenteilkoeffizient 171 3.6. Abbildungsfehler fünfter Ordnung 175 3.6.1. Eikonal 175 3.6.2. Klassifikation 180 3.6.3. Flächenfolgen 183 3.7. Analytische Bewertung 185 3.7.1. Flächenteilkoeffizienten 185 3.7.2. Fehlersummen. Analytisches Gauß-Moment 188 4. Wellenoptische Bewertung der Abbildung von Punkten 193 4.1. Beugung des Lichtes 193 4.1.1. Grundlagen der Beugungstheorie 193 4.1.2. Kirchhoffsche Beugungsformel 195 4.1.3. Fraunhofersche und Fresnelsche Beugung 198 4.1.4. Fraunhofersche Beugung am Rechteck 201 4.1.5. Fraunhofersche Beugung am Kreis 203 4.1.6. Fraunhofersche Beugung an Liniengittern 205 4.1.7. Fresnelsche Beugung an der Kante 214 4.1.8. Fresnelsche Beugung am Rechteck 218 4.1.9. Fresnelsche Beugung am Kreis 221 4.2. Beugungsbegrenzte Abbildung von Punkten 226 4.2.1. Kirchhoffsche Beugungsformel für optische Systeme 226 4.2.2. Intensität in der Bildebene 233 4.2.3. Intensität in Achsenpunkten 236 4.2.4. Intensität in beliebigen Punkten 237 4.2.5. Apodisation 242
Inhaltsverzeichnis ' 4.3. Aberrationsbehaftete Abbildung von Punkten 251 4.3.1. Wellenaberrationen 251 4.3.2. Berechnung der Wellenaberrationen 260 4.3.3. Zernike-Polynome 279 4.3.4. Punktbildfunktion 286 4.3.5. Gütekriterien 287 4.3.6. Definitionshelligkeit 292 4.3.7. Entwicklung der Definitionshelligkeit 298 4.3.8. Ort der maximalen Definitionshelligkeit 305 5. Wellenoptische Bewertung der optischen Abbildung ausgedehnter Objekte 314 5.1. Inkohärente Abbildung 314 5.1.1. Linienbildfunktion 314 5.1.2. Berechnung der Bildstrahldichte 317 5.1.3. Kantenbildfunktion 325 5.1.4. Optische Übertragungsfunktion. 329 5.1.5. Periodische Objekte 332 5.1.6. Duffieux-Integral 335 5.1.7. Gütekriterien 339 5.1.8. Berechnung der optischen Übertragungsfunktion 352 5.2. Kohärente Abbildung 364 5.2.1. Modell der kohärenten Abbildung 364 5.2.2. Periodische Objekte 371 5.2.3. Beugungsfunktion des Objektstreifens 373 5.2.4. Bildfunktion des Objektstreifens 376 5.2.5. Dunkelfeldverfahren 380 5.2.6. Phasenkontrastverfahren 382 5.3. Partiell-kohärente Abbildung 388 5.3.1. Quasimonochromatisches Licht. 388 5.3.2. Kohärenzfunktion 393 5.3.3. Ausbreitung der Kohärenzfunktion 399 5.3.4. Kohärenzübertragungsfunktion 401 5.3.5. Intensität in der Bildebene 405 5.3.6. Gütekriterien 408 6. Bewertung spezieller optischer Systeme 430 6.1. Systeme mit anisotropen Werkstoffen. 430 6.1.1. Tensor der Dielektrizitätskonstanten 430 6.1.2. Fresnelsches Ellipsoid. Indexellipsoid 433 6.1.3. Ebene Lichtwelle in Kristallen 436 6.1.4. Strahlenfläche. Normalenfläche 444 6.1.5. Doppelbrechung 452 6.1.6. Kristallplatten 457 6.1.7. Paraxiales Gebiet bei Kristallinsen 464 6.1.8. Geometrisch-optische und wellenoptische Bewertung 465 6.2. Nichtzentrierte Systeme 474 6.2.1. Dezentrierung 474 6.2.2. Analytische Bewertung der Dezentrierung 480 6.2.3. Zylinderlinsen. Torische Linsen 485 6.2.4. Prismen. Planplatten 490 6.3. Lasersysteme 492 6.3.1. Laserstrahlung 492 6.3.2. Laserresonatoren 494 6.3.3. Gaußsche Bündel. 497
8 Inhaltsverzeichnis 6.4. Hologramme 505 6.4.1. Abbildende Hologramme 505 6A2. Analytische Bildfehlertheorie.508 7. Bewertung von Abbildungsketten und realen optischen Systemen 512 7.1. Optische Informationsübertragung 512 7.1.1. Informationstheoretische Bewertung 512 7.1.2. Entscheidungstheoretische Bewertung 517 7.1.3. Rauschquellen 521 7.1.4. Optische Sensorik 524 7.1.5. Bildverarbeitung 529 7.2. Bewertung realer optischer Systeme 536 7.2.1. Objektive geometrisch-optische Bewertung 536 7.2.2. Objektive wellenoptische Bewertung 539 7.2.3. Subjektive Bewertung 550 Literatur und Quellen 557 Sach- und Namenverzeichnis 566