Aberrationsdarstellungen und ihre Deutung Raoul Kirner, Ulrike Sloma

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

Grundlegendes

- Aberrationen: Abbildungsfehler  Abweichungen von der idealen geometrisch-optischen Abbildung - Beugungsbedingte Abbildungsfehler - Wellenaberration

Nach Thöniß, Thomas

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

3

Grundlegendes

- Chromatische Aberrationen: Farbquer-/Farblängsfehler - Geometrische Aberrationen: Aberrationen 3. Ordnung (Seidelsche Abbildungsfehler)

Nach Thöniß, Thomas

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

4

Quer- vs. Längsaberration - Queraberration: Schnittpunktabweichungen entlang der Bildebene - Längsaberration: Schnittpunktabweichungen entlang der optischen Achse oder auf diese projeziert

HH‘ h

GBE

Δs OA Δy

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

5

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, AiryScheibchen: Beugungsgrenze

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

Nach Sacek, Vladimir

6

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

Öffnungsfehler / sphärische Aberration

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

Darstellungen aus: ZEMAX

8

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

Koma / Asymmetriefehler

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

Darstellungen aus: ZEMAX

10

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

Astigmatismus / Zweischalenfehler

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

Darstellungen aus: ZEMAX

12

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

Bildfeldwölbung

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

Darstellungen aus: ZEMAX

14

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

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0a/Verzeichnung3.png/440px-Verzeichnung3.png

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

15

Verzeichnung

Kissenförmig: Blende hinter Objektiv

Tonnenförmig: Blende vor Objektiv

http://www.andreashurni.ch/equipment/bilder/50.jpg http://www.andreashurni.ch/equipment/bilder/29.jpg

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

16

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

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: www.telescope-optics.net, abgerufen 18.06.2011 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

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Raoul Kirner, Ulrike Sloma

19