APQ Wiki – Optik und Teleskoptechnik
Das APQ Wiki erläutert zentrale Fachbegriffe der technischen und astronomischen Optik und verknüpft zusammengehörige Themen direkt miteinander. Der deutsche Fachmaster umfasst in dieser Ausbaustufe 175 Begriffe. Neben kompakten Definitionen werden dort, wo es fachlich sinnvoll ist, Formeln, schematische Darstellungen, Querverweise und Literaturhinweise angegeben. Die Erweiterung umfasst zusätzlich Feinoptikfertigung, optische Prüftechnik, Optomechanik und die Abstimmung von Optik und Detektor.
Terminologie: Die Elementzahl beziehungsweise der mehrgliedrige Aufbau eines Objektivs wird mit Fachbegriffen wie Dublet, Triplet, Quadruplet und Multiplet beschrieben. Davon getrennt stehen spektrale beziehungsweise chromatische Korrektionsklassen wie Monochromat, Dichromat, Trichromat, Apochromat, Polychromat und Superachromat. Calciumfluorid wird fachgerecht als CaF₂ geschrieben.
Formeln und Skizzen dienen der Einordnung eines Begriffs; sie ersetzen keine vollständige Spezifikation oder Systemanalyse. Insbesondere bei Strehl, MTF, Spotdiagrammen und chromatischer Korrektur müssen Wellenlängen, Feldpunkte, Fokusbedingungen und spektrale Gewichtungen mit angegeben werden.
A–Z: A | B | C | D | E | F | G | H | I | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | Z | Literatur
A
Abbe-Diagramm
Grafische Darstellung optischer Gläser anhand ihrer Abbe-Zahl und meist der Brechzahl oder einer relativen partiellen Dispersion. Erweiterte Glaskarten machen auch Abweichungen von der normalen Dispersionslinie sichtbar und unterstützen damit die Werkstoffauswahl für die Farbkorrektur.
Grafische Darstellung optischer Gläser anhand ihrer Abbe-Zahl und meist der Brechzahl oder einer relativen partiellen Dispersion. Erweiterte Glaskarten machen auch Abweichungen von der normalen Dispersionslinie sichtbar und unterstützen damit die Werkstoffauswahl für die Farbkorrektur.
Schematisch: Lage von Gläsern in einer Dispersionsdarstellung; anomale Werkstoffe können von der normalen Gläserlinie abweichen.
Abbe-Zahl
Die Abbe-Zahl (auch Abbe-Konstante oder Konstringenz) kennzeichnet die Dispersion eines transparenten optischen Werkstoffs. Sie wird mit dem griechischen Buchstaben ν bezeichnet; üblich sind νd für die d-Linien-Definition und νe für die e-Linien-Definition. Je größer die Abbe-Zahl, desto geringer ist bei vergleichbarer Brechzahl im Allgemeinen die Farbzerstreuung im sichtbaren Bereich.
Die Abbe-Zahl (auch Abbe-Konstante oder Konstringenz) kennzeichnet die Dispersion eines transparenten optischen Werkstoffs. Sie wird mit dem griechischen Buchstaben ν bezeichnet; üblich sind νd für die d-Linien-Definition und νe für die e-Linien-Definition. Je größer die Abbe-Zahl, desto geringer ist bei vergleichbarer Brechzahl im Allgemeinen die Farbzerstreuung im sichtbaren Bereich.
Formeln:νd = (nd − 1) / (nF − nC)νe = (ne − 1) / (nF′ − nC′)
Abbesche Sinusbedingung
Bedingung für die komafreie Abbildung eines axialen Objektpunkts mit endlicher Apertur. Sie verknüpft Strahlhöhe, Brechzahl und Strahlwinkel auf Objekt- und Bildseite und ist ein zentrales Kriterium der Aplanasie.
Bedingung für die komafreie Abbildung eines axialen Objektpunkts mit endlicher Apertur. Sie verknüpft Strahlhöhe, Brechzahl und Strahlwinkel auf Objekt- und Bildseite und ist ein zentrales Kriterium der Aplanasie.
Formel: n y sin u = n′ y′ sin u′
Abbildungsmaßstab
Verhältnis von Bildgröße zu Gegenstandsgröße in der paraxialen Abbildung. Das Vorzeichen kennzeichnet je nach Konvention die Bildorientierung.
Verhältnis von Bildgröße zu Gegenstandsgröße in der paraxialen Abbildung. Das Vorzeichen kennzeichnet je nach Konvention die Bildorientierung.
Formel: β = y′/y = −b/g
Aberration
Sammelbegriff für Abweichungen einer realen Abbildung von der idealen geometrischen oder beugungsbegrenzten Abbildung. Man unterscheidet unter anderem Öffnungsfehler, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung, Verzeichnung und chromatische Fehler.
Sammelbegriff für Abweichungen einer realen Abbildung von der idealen geometrischen oder beugungsbegrenzten Abbildung. Man unterscheidet unter anderem Öffnungsfehler, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung, Verzeichnung und chromatische Fehler.
Absorption
Umwandlung eines Teils der einfallenden optischen Strahlungsleistung in andere Energieformen innerhalb eines Werkstoffs. Zusammen mit Reflexion und Transmission bestimmt sie die spektralen Verluste eines optischen Systems.
Umwandlung eines Teils der einfallenden optischen Strahlungsleistung in andere Energieformen innerhalb eines Werkstoffs. Zusammen mit Reflexion und Transmission bestimmt sie die spektralen Verluste eines optischen Systems.
Formel: A(λ) = 1 − R(λ) − T(λ)
Abtastung / Sampling
Diskrete Erfassung einer kontinuierlichen Bildverteilung durch Pixel. Für die digitale Abbildung muss die Abtastung zur höchsten relevanten Ortsfrequenz passen; eine zu grobe Abtastung erzeugt Aliasing und kann feine Strukturen scheinbar verfälschen.
Diskrete Erfassung einer kontinuierlichen Bildverteilung durch Pixel. Für die digitale Abbildung muss die Abtastung zur höchsten relevanten Ortsfrequenz passen; eine zu grobe Abtastung erzeugt Aliasing und kann feine Strukturen scheinbar verfälschen.
Formel: νN = 1 / (2p)
Schematisch: Eine Ortsfrequenz wird durch diskrete Pixelpositionen abgetastet.
Achromat
Optisches System, bei dem zwei ausgewählte Wellenlängen denselben paraxialen Fokus besitzen. Ein Achromat reduziert den primären Farbfehler, lässt jedoch ein sekundäres Spektrum zurück. Der Begriff beschreibt die Korrektionsklasse und nicht die Zahl der Linsen.
Optisches System, bei dem zwei ausgewählte Wellenlängen denselben paraxialen Fokus besitzen. Ein Achromat reduziert den primären Farbfehler, lässt jedoch ein sekundäres Spektrum zurück. Der Begriff beschreibt die Korrektionsklasse und nicht die Zahl der Linsen.
Adaptive Optik
Verfahren zur schnellen, meist geschlossenen Korrektur zeitlich veränderlicher Wellenfrontfehler durch Wellenfrontsensor, Regelung und deformierbares optisches Element. In der Astronomie dient sie vor allem zur Kompensation atmosphärischer Turbulenz.
Verfahren zur schnellen, meist geschlossenen Korrektur zeitlich veränderlicher Wellenfrontfehler durch Wellenfrontsensor, Regelung und deformierbares optisches Element. In der Astronomie dient sie vor allem zur Kompensation atmosphärischer Turbulenz.
Airy-Scheibchen
Zentraler heller Bereich des Beugungsbildes einer idealen kreisförmigen Öffnung. Seine Größe wird durch Wellenlänge und Öffnungsverhältnis bestimmt und setzt eine fundamentale Skala für die beugungsbegrenzte Abbildung.
Zentraler heller Bereich des Beugungsbildes einer idealen kreisförmigen Öffnung. Seine Größe wird durch Wellenlänge und Öffnungsverhältnis bestimmt und setzt eine fundamentale Skala für die beugungsbegrenzte Abbildung.
Formel: r1 = 1,22 λ N (Radius bis zum ersten Minimum in der Bildebene)
Aktive Optik
Langsam arbeitende Regelung der Form oder Lage großer optischer Komponenten, um quasistatische Fehler durch Schwerkraft, Temperatur und mechanische Lasten zu kompensieren. Sie ist von der schnelleren adaptiven Optik zu unterscheiden.
Langsam arbeitende Regelung der Form oder Lage großer optischer Komponenten, um quasistatische Fehler durch Schwerkraft, Temperatur und mechanische Lasten zu kompensieren. Sie ist von der schnelleren adaptiven Optik zu unterscheiden.
Anastigmat
Optisches System, bei dem Astigmatismus für den vorgesehenen Bildbereich weitgehend korrigiert ist. Bei fotografischen und wissenschaftlichen Anastigmaten werden üblicherweise zugleich weitere Feldfehler wie Koma und Bildfeldwölbung minimiert; die Bezeichnung ist daher nur zusammen mit Feldgröße, Spektralbereich und Bildgütekriterium aussagekräftig.
Optisches System, bei dem Astigmatismus für den vorgesehenen Bildbereich weitgehend korrigiert ist. Bei fotografischen und wissenschaftlichen Anastigmaten werden üblicherweise zugleich weitere Feldfehler wie Koma und Bildfeldwölbung minimiert; die Bezeichnung ist daher nur zusammen mit Feldgröße, Spektralbereich und Bildgütekriterium aussagekräftig.
Anomale partielle Dispersion
Abweichung der relativen partiellen Dispersion eines Werkstoffs vom normalen Zusammenhang konventioneller optischer Gläser. Solche Werkstoffe – etwa Fluorphosphatgläser und kristallines CaF₂ – eröffnen zusätzliche Freiheitsgrade für die Korrektur des sekundären Spektrums.
Abweichung der relativen partiellen Dispersion eines Werkstoffs vom normalen Zusammenhang konventioneller optischer Gläser. Solche Werkstoffe – etwa Fluorphosphatgläser und kristallines CaF₂ – eröffnen zusätzliche Freiheitsgrade für die Korrektur des sekundären Spektrums.
Antireflexbeschichtung
Dünnschichtsystem auf optischen Flächen zur Verringerung der Fresnel-Reflexionen und damit zur Erhöhung von Transmission und Kontrast. Breitbandige Mehrschichtsysteme werden auf den vorgesehenen Spektralbereich und die verwendeten Substrate abgestimmt.
Dünnschichtsystem auf optischen Flächen zur Verringerung der Fresnel-Reflexionen und damit zur Erhöhung von Transmission und Kontrast. Breitbandige Mehrschichtsysteme werden auf den vorgesehenen Spektralbereich und die verwendeten Substrate abgestimmt.
Aperturblende
Blende, die den Öffnungswinkel des axialen Strahlenbündels und damit die wirksame Apertur des Systems bestimmt. Ihr Bild im Objektraum ist die Eintrittspupille, ihr Bild im Bildraum die Austrittspupille.
Blende, die den Öffnungswinkel des axialen Strahlenbündels und damit die wirksame Apertur des Systems bestimmt. Ihr Bild im Objektraum ist die Eintrittspupille, ihr Bild im Bildraum die Austrittspupille.
Schematisch: Aperturblende und Feldblende bestimmen unterschiedliche Bündelbegrenzungen; Haupt- und Randstrahlen dienen zur Beschreibung.
Aplanat / Aplanasie
Aplanasie bezeichnet die gleichzeitige Korrektur von Öffnungsfehler und Koma für einen festgelegten Objekt- und Bildpunkt. Ein aplanatisches System erfüllt dafür unter geeigneten Bedingungen die Abbesche Sinusbedingung.
Aplanasie bezeichnet die gleichzeitige Korrektur von Öffnungsfehler und Koma für einen festgelegten Objekt- und Bildpunkt. Ein aplanatisches System erfüllt dafür unter geeigneten Bedingungen die Abbesche Sinusbedingung.
Apochromat
Ein optisches System mit gegenüber dem Achromaten deutlich weitergehender chromatischer Korrektur. In der klassischen Abbe-Definition werden drei Wellenlängen auf eine gemeinsame axiale Fokuslage gebracht und der Gaußfehler für zwei voneinander entfernte Wellenlängen korrigiert. In der Astroszene wird "APO" teilweise weiter gefasst; entscheidend bleibt die tatsächliche polychromatische Abbildungsleistung.
Ein optisches System mit gegenüber dem Achromaten deutlich weitergehender chromatischer Korrektur. In der klassischen Abbe-Definition werden drei Wellenlängen auf eine gemeinsame axiale Fokuslage gebracht und der Gaußfehler für zwei voneinander entfernte Wellenlängen korrigiert. In der Astroszene wird "APO" teilweise weiter gefasst; entscheidend bleibt die tatsächliche polychromatische Abbildungsleistung.
Asphäre
Optische Fläche, deren Form von einer Kugel- oder Planfläche abweicht. Asphären können bestimmte Aberrationen mit weniger Elementen oder Freiheitsgraden korrigieren, stellen aber erhöhte Anforderungen an Fertigung und Messtechnik.
Optische Fläche, deren Form von einer Kugel- oder Planfläche abweicht. Asphären können bestimmte Aberrationen mit weniger Elementen oder Freiheitsgraden korrigieren, stellen aber erhöhte Anforderungen an Fertigung und Messtechnik.
Astigmatismus
Außeraxialer Abbildungsfehler, bei dem sagittale und tangentiale Strahlenbündel unterschiedliche Fokuslagen besitzen. Ein Objektpunkt wird dadurch nicht in einer einzigen Ebene punktförmig abgebildet.
Außeraxialer Abbildungsfehler, bei dem sagittale und tangentiale Strahlenbündel unterschiedliche Fokuslagen besitzen. Ein Objektpunkt wird dadurch nicht in einer einzigen Ebene punktförmig abgebildet.
Athermalisierung
Optisch-mechanische Auslegung mit dem Ziel, temperaturbedingte Änderungen von Brechzahlen, Längen und Abständen so zu kompensieren, dass eine kritische Systemgröße – häufig die Fokuslage – über den vorgesehenen Temperaturbereich möglichst konstant bleibt. Dazu werden dn/dT, thermische Ausdehnung und die Fassung gemeinsam betrachtet.
Optisch-mechanische Auslegung mit dem Ziel, temperaturbedingte Änderungen von Brechzahlen, Längen und Abständen so zu kompensieren, dass eine kritische Systemgröße – häufig die Fokuslage – über den vorgesehenen Temperaturbereich möglichst konstant bleibt. Dazu werden dn/dT, thermische Ausdehnung und die Fassung gemeinsam betrachtet.
Formel: d(BFL) / dT ≈ 0
APQ Bezug: Bei APQ ist die Athermalisierung eng mit der mechanischen Kompensation großer Objektive und ihrer Fassung verknüpft.
Schematisch: Ziel der Athermalisierung ist eine deutlich verringerte Änderung der Fokuslage mit der Temperatur.
Atmosphärische Refraktion
Brechung astronomischen Lichts in der Erdatmosphäre. Der Effekt verschiebt die scheinbare Richtung eines Objekts und ist wellenlängenabhängig; bei großen Zenitdistanzen kann daraus eine merkliche atmosphärische Dispersion entstehen.
Brechung astronomischen Lichts in der Erdatmosphäre. Der Effekt verschiebt die scheinbare Richtung eines Objekts und ist wellenlängenabhängig; bei großen Zenitdistanzen kann daraus eine merkliche atmosphärische Dispersion entstehen.
Auflösungsvermögen
Fähigkeit eines optischen Systems, nahe beieinanderliegende Objektstrukturen getrennt abzubilden. Für eine ideale kreisförmige Öffnung beschreibt das Rayleigh-Kriterium die Winkeltrennung zweier gleich heller Punktquellen. In der astronomischen Praxis können Seeing, Kontrast, Detektorabtastung und Signal-Rausch-Verhältnis stärker begrenzen als die reine Beugung.
Fähigkeit eines optischen Systems, nahe beieinanderliegende Objektstrukturen getrennt abzubilden. Für eine ideale kreisförmige Öffnung beschreibt das Rayleigh-Kriterium die Winkeltrennung zweier gleich heller Punktquellen. In der astronomischen Praxis können Seeing, Kontrast, Detektorabtastung und Signal-Rausch-Verhältnis stärker begrenzen als die reine Beugung.
Formel: θR = 1,22 λ / D
Schematisch: Trennung zweier Beugungsbilder nach dem Rayleigh-Kriterium.
Ausleuchtung / relative Beleuchtungsstärke
Feldabhängige Beleuchtungsstärke beziehungsweise relative Signalhöhe in der Bildebene. Sie wird durch natürliche Winkelabhängigkeiten, Pupillenabbildung und Vignettierung beeinflusst und ist von der reinen Bildgüte zu unterscheiden.
Feldabhängige Beleuchtungsstärke beziehungsweise relative Signalhöhe in der Bildebene. Sie wird durch natürliche Winkelabhängigkeiten, Pupillenabbildung und Vignettierung beeinflusst und ist von der reinen Bildgüte zu unterscheiden.
Formel: Erel(θ) = E(θ) / E(0)
Austrittspupille
Bild der Aperturblende, das vom bildseitigen Teil des optischen Systems erzeugt wird. Beim astronomischen Fernrohr entspricht ihr Durchmesser näherungsweise dem Objektivdurchmesser geteilt durch die Vergrößerung.
Bild der Aperturblende, das vom bildseitigen Teil des optischen Systems erzeugt wird. Beim astronomischen Fernrohr entspricht ihr Durchmesser näherungsweise dem Objektivdurchmesser geteilt durch die Vergrößerung.
Formel: dA = D / V = fOkular / N
Autokollimation
Prüf- oder Justageverfahren, bei dem ein von einem optischen System ausgesandtes Strahlenbündel an einem Spiegel reflektiert und in das System zurückgeführt wird. Dadurch entsteht ein Doppelpass, der bestimmte Winkel- und Abbildungsfehler besonders empfindlich sichtbar macht.
Prüf- oder Justageverfahren, bei dem ein von einem optischen System ausgesandtes Strahlenbündel an einem Spiegel reflektiert und in das System zurückgeführt wird. Dadurch entsteht ein Doppelpass, der bestimmte Winkel- und Abbildungsfehler besonders empfindlich sichtbar macht.
APQ Bezug: Autokollimation ist die Grundlage des Autokollimationsfernrohrs und vieler Doppelpass-Prüfaufbauten.
Schematisch: Ein ausgesandtes Bündel wird an einem Planspiegel reflektiert und in denselben optischen Kanal zurückgeführt.
Autokollimationsfernrohr (AKF)
Messfernrohr, das Kollimator und Beobachtungsfernrohr in einem gemeinsamen Strahlengang kombiniert. Ein beleuchtetes Fadenkreuz wird über das Objektiv nach außen abgebildet, von einer reflektierenden Fläche zurückgeworfen und erneut beobachtet; kleinste Winkelabweichungen lassen sich dadurch präzise bestimmen.
Messfernrohr, das Kollimator und Beobachtungsfernrohr in einem gemeinsamen Strahlengang kombiniert. Ein beleuchtetes Fadenkreuz wird über das Objektiv nach außen abgebildet, von einer reflektierenden Fläche zurückgeworfen und erneut beobachtet; kleinste Winkelabweichungen lassen sich dadurch präzise bestimmen.
Schematisch: Funktionsprinzip eines Autokollimationsfernrohrs mit gemeinsamem Sende- und Empfangsstrahlengang.
B
Backfocus
Verfügbarer mechanischer Abstand von einer definierten Anschluss- oder Referenzebene bis zur vorgesehenen Bildebene. Bei fotografischen Systemen muss die Summe aus Adapter-, Filter-, Kamera- und gegebenenfalls Korrektorwegen zum spezifizierten Backfocus passen.
Verfügbarer mechanischer Abstand von einer definierten Anschluss- oder Referenzebene bis zur vorgesehenen Bildebene. Bei fotografischen Systemen muss die Summe aus Adapter-, Filter-, Kamera- und gegebenenfalls Korrektorwegen zum spezifizierten Backfocus passen.
Literatur: [WS08]
Beugung
Wellenoptisches Phänomen, bei dem Licht an endlichen Öffnungen und Kanten von der rein geometrischen Ausbreitung abweicht. Die Beugung bestimmt auch bei fehlerfreier Optik die endliche Größe des Airy-Scheibchens und damit die fundamentale Beugungsgrenze.
Wellenoptisches Phänomen, bei dem Licht an endlichen Öffnungen und Kanten von der rein geometrischen Ausbreitung abweicht. Die Beugung bestimmt auch bei fehlerfreier Optik die endliche Größe des Airy-Scheibchens und damit die fundamentale Beugungsgrenze.
Formel: θR ≈ 1,22 λ / D
Beugungsbegrenzung
Zustand, in dem die Abbildungsleistung im Wesentlichen durch die Wellennatur des Lichts und nicht durch geometrische Aberrationen bestimmt wird. "Beugungsbegrenzt" ist ohne Angabe von Wellenlänge, Feldpunkt, Spektralgewichtung und Kriterium keine vollständige Qualitätsaussage.
Zustand, in dem die Abbildungsleistung im Wesentlichen durch die Wellennatur des Lichts und nicht durch geometrische Aberrationen bestimmt wird. "Beugungsbegrenzt" ist ohne Angabe von Wellenlänge, Feldpunkt, Spektralgewichtung und Kriterium keine vollständige Qualitätsaussage.
Bildfeld
Bereich der Bildebene, über den ein optisches System eine nutzbare Abbildungsqualität bereitstellt. Er kann als lineare Bildgröße, Bildkreis oder als Winkelbereich im Objektraum angegeben werden.
Bereich der Bildebene, über den ein optisches System eine nutzbare Abbildungsqualität bereitstellt. Er kann als lineare Bildgröße, Bildkreis oder als Winkelbereich im Objektraum angegeben werden.
Bildfeldwölbung
Aberration, bei der die beste Bildfläche nicht eben, sondern gekrümmt ist. Eine ebene Kamera- oder Detektorfläche kann deshalb ohne Korrektur nicht gleichzeitig in Bildmitte und Bildrand optimal fokussiert sein.
Aberration, bei der die beste Bildfläche nicht eben, sondern gekrümmt ist. Eine ebene Kamera- oder Detektorfläche kann deshalb ohne Korrektur nicht gleichzeitig in Bildmitte und Bildrand optimal fokussiert sein.
Bildkontrast / Kontrastübertragung
Bildkontrast beschreibt den Helligkeitsunterschied zwischen hellen und dunklen Bildstrukturen. Die frequenzabhängige Kontrastübertragung eines linearen Abbildungssystems wird durch die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) beschrieben.
Bildkontrast beschreibt den Helligkeitsunterschied zwischen hellen und dunklen Bildstrukturen. Die frequenzabhängige Kontrastübertragung eines linearen Abbildungssystems wird durch die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) beschrieben.
Formel: C = (Imax − Imin) / (Imax + Imin)
Brechungsgesetz / Snelliussches Gesetz
Beziehung zwischen Einfalls- und Brechungswinkel an einer Grenzfläche zweier isotroper Medien.
Beziehung zwischen Einfalls- und Brechungswinkel an einer Grenzfläche zweier isotroper Medien.
Formel: n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
Brechungsindex
Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Phasengeschwindigkeit im Material. Der Brechungsindex ist wellenlängen- und temperaturabhängig; seine spektrale Änderung ist die Grundlage der Dispersion.
Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Phasengeschwindigkeit im Material. Der Brechungsindex ist wellenlängen- und temperaturabhängig; seine spektrale Änderung ist die Grundlage der Dispersion.
Formel: n(λ) = c / vph(λ)
Brennweite
Paraxiale Kenngröße eines optischen Systems, die unter anderem Bildmaßstab und Gesichtsfeld bestimmt. Bei Objekten im Unendlichen ist sie der Abstand der bildseitigen Hauptebene vom paraxialen Fokus.
Paraxiale Kenngröße eines optischen Systems, die unter anderem Bildmaßstab und Gesichtsfeld bestimmt. Bei Objekten im Unendlichen ist sie der Abstand der bildseitigen Hauptebene vom paraxialen Fokus.
C
Chromatische Aberration
Durch die Dispersion optischer Werkstoffe verursachte Wellenlängenabhängigkeit der Abbildung. Hauptformen sind der Farblängsfehler (wellenlängenabhängige Fokuslage), der Farbquerfehler (wellenlängenabhängiger Abbildungsmaßstab) und die chromatische Variation monochromatischer Aberrationen.
Durch die Dispersion optischer Werkstoffe verursachte Wellenlängenabhängigkeit der Abbildung. Hauptformen sind der Farblängsfehler (wellenlängenabhängige Fokuslage), der Farbquerfehler (wellenlängenabhängiger Abbildungsmaßstab) und die chromatische Variation monochromatischer Aberrationen.
Chromatische Fokuslage
Wellenlängenabhängige Position der besten oder paraxialen Fokuslage. Eine Fokuslagenkurve s'(λ) zeigt unmittelbar, wie gut ein Objektiv über den vorgesehenen Spektralbereich longitudinal chromatisch korrigiert ist.
Wellenlängenabhängige Position der besten oder paraxialen Fokuslage. Eine Fokuslagenkurve s'(λ) zeigt unmittelbar, wie gut ein Objektiv über den vorgesehenen Spektralbereich longitudinal chromatisch korrigiert ist.
Formel: Δs'(λ) = s'(λ) − s'(λref)
Schematisch: Wellenlängenabhängige Lage des paraxialen Fokus.
APQ Bezug: Bei breitbandigen APQ Systemen ist nicht nur das Zusammentreffen einzelner Referenzwellenlängen, sondern der Verlauf über den gesamten Arbeitsbereich wesentlich.
Coudé-Fokus / Coudé-Strahlengang
Teleskopischer Strahlengang, bei dem das Licht über zusätzliche Spiegel zu einem weitgehend ortsfesten Fokus geführt wird. Dadurch können schwere oder empfindliche Instrumente wie hochauflösende Spektrographen stationär betrieben werden.
Teleskopischer Strahlengang, bei dem das Licht über zusätzliche Spiegel zu einem weitgehend ortsfesten Fokus geführt wird. Dadurch können schwere oder empfindliche Instrumente wie hochauflösende Spektrographen stationär betrieben werden.
D
Defokussierung / Defokus
Axialsymmetrischer Wellenfrontfehler durch Abweichung der Bildebene von der optimalen Fokuslage. Defokus verändert die Punktbildfunktion und wird in Zernike-Darstellungen als eigener Modus beschrieben.
Axialsymmetrischer Wellenfrontfehler durch Abweichung der Bildebene von der optimalen Fokuslage. Defokus verändert die Punktbildfunktion und wird in Zernike-Darstellungen als eigener Modus beschrieben.
Dichromat
Bezeichnung für ein optisches System, bei dem eine chromatische Korrektionsbedingung für zwei ausgewählte Farben beziehungsweise Wellenlängen erfüllt wird. Der Begriff beschreibt die chromatische Korrektionsklasse und nicht die Zahl der Linsenelemente.
Bezeichnung für ein optisches System, bei dem eine chromatische Korrektionsbedingung für zwei ausgewählte Farben beziehungsweise Wellenlängen erfüllt wird. Der Begriff beschreibt die chromatische Korrektionsklasse und nicht die Zahl der Linsenelemente.
Dispersion
Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex eines optischen Werkstoffs. Normale, anomale und partielle Dispersion sind zentrale Freiheitsgrade bei der Korrektur chromatischer Aberrationen.
Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex eines optischen Werkstoffs. Normale, anomale und partielle Dispersion sind zentrale Freiheitsgrade bei der Korrektur chromatischer Aberrationen.
dn/dT
Temperaturkoeffizient des Brechungsindex eines optischen Werkstoffs. Er gibt an, wie stark sich n bei einer Temperaturänderung verändert und ist zusammen mit der thermischen Längenänderung eine wesentliche Größe der Athermalisierung.
Temperaturkoeffizient des Brechungsindex eines optischen Werkstoffs. Er gibt an, wie stark sich n bei einer Temperaturänderung verändert und ist zusammen mit der thermischen Längenänderung eine wesentliche Größe der Athermalisierung.
Formel: dn/dT = ∂n / ∂T
Doppelbrechung
Eigenschaft anisotroper Medien, für unterschiedliche Polarisationsrichtungen verschiedene Brechungsindizes zu besitzen. Dadurch kann ein einfallender Strahl in ordentlichen und außerordentlichen Anteil aufgespalten werden.
Eigenschaft anisotroper Medien, für unterschiedliche Polarisationsrichtungen verschiedene Brechungsindizes zu besitzen. Dadurch kann ein einfallender Strahl in ordentlichen und außerordentlichen Anteil aufgespalten werden.
Formel: Δn = ne − no
Doppelpass-Autokollimation (DPAC)
Prüfverfahren, bei dem das Licht ein zu untersuchendes optisches System zweimal durchläuft und nach Reflexion an einem hochwertigen Planspiegel zum Ausgang zurückkehrt. Durch den Doppelpass werden bestimmte Wellenfrontfehler gegenüber einem Einfachpass verstärkt; Aufbau, Referenzfläche und Auswertung müssen deshalb eindeutig angegeben werden.
Prüfverfahren, bei dem das Licht ein zu untersuchendes optisches System zweimal durchläuft und nach Reflexion an einem hochwertigen Planspiegel zum Ausgang zurückkehrt. Durch den Doppelpass werden bestimmte Wellenfrontfehler gegenüber einem Einfachpass verstärkt; Aufbau, Referenzfläche und Auswertung müssen deshalb eindeutig angegeben werden.
APQ Bezug: DPAC eignet sich besonders zur qualitativen und quantitativen Prüfung kompletter Objektive, ersetzt aber keine Angabe der konkreten Prüfgeometrie.
Dublet
In der deutschsprachigen optischen Fachliteratur, unter anderem bei Haferkorn/Richter, verwendete Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus zwei optischen Elementen (englisch: Doublet). "Dublet" beschreibt ausschließlich die Elementzahl; daraus folgt noch keine bestimmte chromatische Korrektionsklasse.
In der deutschsprachigen optischen Fachliteratur, unter anderem bei Haferkorn/Richter, verwendete Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus zwei optischen Elementen (englisch: Doublet). "Dublet" beschreibt ausschließlich die Elementzahl; daraus folgt noch keine bestimmte chromatische Korrektionsklasse.
E
ED-Glas
Sammelbezeichnung für optische Gläser mit geringer beziehungsweise besonderer Dispersion ("Extra-low Dispersion"). Die Bezeichnung allein erlaubt keine Aussage über die Gesamtleistung eines Objektivs; entscheidend sind konkrete Glassorte, Partnergläser und das optische Design.
Sammelbezeichnung für optische Gläser mit geringer beziehungsweise besonderer Dispersion ("Extra-low Dispersion"). Die Bezeichnung allein erlaubt keine Aussage über die Gesamtleistung eines Objektivs; entscheidend sind konkrete Glassorte, Partnergläser und das optische Design.
Eintrittspupille
Bild der Aperturblende, gesehen vom Objektraum. Bei vielen Teleskopen liegt sie näherungsweise am freien Objektivdurchmesser; ihre Lage und Größe beeinflussen Strahlenbündel, Vignettierung und Telezentrie.
Bild der Aperturblende, gesehen vom Objektraum. Bei vielen Teleskopen liegt sie näherungsweise am freien Objektivdurchmesser; ihre Lage und Größe beeinflussen Strahlenbündel, Vignettierung und Telezentrie.
Encircled Energy
Anteil der Gesamtenergie einer Punktbildfunktion, der innerhalb eines Kreises mit Radius r um den Bildschwerpunkt liegt. Die Kenngröße verbindet Beugung und Aberrationen und ist besonders für Detektor- und Survey-Anwendungen aussagekräftig.
Anteil der Gesamtenergie einer Punktbildfunktion, der innerhalb eines Kreises mit Radius r um den Bildschwerpunkt liegt. Die Kenngröße verbindet Beugung und Aberrationen und ist besonders für Detektor- und Survey-Anwendungen aussagekräftig.
Formel: EE(r) = [∫0r 2πρ I(ρ) dρ] / [∫0∞ 2πρ I(ρ) dρ]
F
Farbfehler
Gebräuchlicher deutscher Oberbegriff für chromatische Aberrationen. Dazu gehören insbesondere Farblängsfehler, Farbquerfehler und die wellenlängenabhängige Änderung monochromatischer Aberrationen. Siehe auch Chromatische Aberration und Gaußfehler.
Gebräuchlicher deutscher Oberbegriff für chromatische Aberrationen. Dazu gehören insbesondere Farblängsfehler, Farbquerfehler und die wellenlängenabhängige Änderung monochromatischer Aberrationen. Siehe auch Chromatische Aberration und Gaußfehler.
Farblängsfehler
Longitudinale chromatische Aberration: unterschiedliche Wellenlängen besitzen verschiedene axiale Fokuslagen. Der Verlauf wird beispielsweise durch die chromatische Fokuslage beschrieben.
Longitudinale chromatische Aberration: unterschiedliche Wellenlängen besitzen verschiedene axiale Fokuslagen. Der Verlauf wird beispielsweise durch die chromatische Fokuslage beschrieben.
Farbquerfehler
Transversale chromatische Aberration: der Abbildungsmaßstab oder die Bildhöhe eines außeraxialen Objektpunkts ist wellenlängenabhängig. Dadurch entstehen im Bildfeld farbabhängige laterale Verschiebungen.
Transversale chromatische Aberration: der Abbildungsmaßstab oder die Bildhöhe eines außeraxialen Objektpunkts ist wellenlängenabhängig. Dadurch entstehen im Bildfeld farbabhängige laterale Verschiebungen.
Feldblende
Blende, welche die Ausdehnung des nutzbaren Objekt- oder Bildfelds begrenzt. Im Unterschied zur Aperturblende bestimmt sie primär das Feld und nicht die Öffnung eines axialen Strahlenbündels.
Blende, welche die Ausdehnung des nutzbaren Objekt- oder Bildfelds begrenzt. Im Unterschied zur Aperturblende bestimmt sie primär das Feld und nicht die Öffnung eines axialen Strahlenbündels.
Schematisch: Feldblende und Aperturblende übernehmen unterschiedliche Aufgaben in einem optischen System.
Feldkorrektor
Optische Korrekturgruppe zur Verbesserung der Abbildungsleistung außerhalb der Bildmitte. Ein Feldkorrektor kann insbesondere Bildfeldwölbung, Astigmatismus und je nach Auslegung weitere Feldfehler reduzieren; seine Aufgabe ist damit weiter gefasst als eine bloße "Bildfeldebnung".
Optische Korrekturgruppe zur Verbesserung der Abbildungsleistung außerhalb der Bildmitte. Ein Feldkorrektor kann insbesondere Bildfeldwölbung, Astigmatismus und je nach Auslegung weitere Feldfehler reduzieren; seine Aufgabe ist damit weiter gefasst als eine bloße "Bildfeldebnung".
Schematisch: Ein Feldkorrektor reduziert die Bildfeldwölbung und kann weitere Feldfehler mitkorrigieren.
APQ Bezug: APQ verwendet den deutschen Begriff "Feldkorrektor" als Oberbegriff für entsprechende Korrekturoptiken.
Feldwinkel
Winkel eines Objektpunkts beziehungsweise seines Hauptstrahls zur optischen Achse. Der Feldwinkel ist eine grundlegende Angabe zur Bewertung von Weitfeldsystemen und muss bei Spotdiagrammen, MTF und anderen Bildgütekriterien angegeben werden.
Winkel eines Objektpunkts beziehungsweise seines Hauptstrahls zur optischen Achse. Der Feldwinkel ist eine grundlegende Angabe zur Bewertung von Weitfeldsystemen und muss bei Spotdiagrammen, MTF und anderen Bildgütekriterien angegeben werden.
Formel: θ ≈ arctan(y′ / f)
Fermatsches Prinzip
Grundprinzip der geometrischen Optik, nach dem der tatsächlich durchlaufene Lichtweg zwischen zwei Punkten stationäre optische Weglänge besitzt. Aus ihm lassen sich Reflexions- und Brechungsgesetz ableiten.
Grundprinzip der geometrischen Optik, nach dem der tatsächlich durchlaufene Lichtweg zwischen zwei Punkten stationäre optische Weglänge besitzt. Aus ihm lassen sich Reflexions- und Brechungsgesetz ableiten.
Fizeau-Interferometer
Interferometrischer Prüfaufbau, bei dem Referenz- und Prüfwelle an nahe beieinanderliegenden optischen Flächen oder über eine Referenzoptik erzeugt werden. Fizeau-Interferometer sind in der Feinoptik weit verbreitet, weil sie Flächen- und Wellenfrontabweichungen mit hoher Genauigkeit erfassen.
Interferometrischer Prüfaufbau, bei dem Referenz- und Prüfwelle an nahe beieinanderliegenden optischen Flächen oder über eine Referenzoptik erzeugt werden. Fizeau-Interferometer sind in der Feinoptik weit verbreitet, weil sie Flächen- und Wellenfrontabweichungen mit hoher Genauigkeit erfassen.
Formel: Δφ = 2π · OPD / λ
Fluorit (CaF₂)
Kristallines Calciumfluorid mit sehr niedriger Dispersion, ausgeprägter anomaler Teildispersion und hoher Transmission über einen breiten Spektralbereich. Optisches CaF₂ ist ein Kristall und kein optisches Glas.
Kristallines Calciumfluorid mit sehr niedriger Dispersion, ausgeprägter anomaler Teildispersion und hoher Transmission über einen breiten Spektralbereich. Optisches CaF₂ ist ein Kristall und kein optisches Glas.
APQ Bezug: CaF₂ ist ein zentraler Werkstoff ausgewählter APQ Fluorit Polychromate.
Fluorphosphatgläser
Spezielle optische Gläser mit Fluorid- und Phosphatanteilen, die sehr niedrige Dispersion und anomale Teildispersion aufweisen können. Sie ermöglichen in geeigneten Kombinationen eine besonders weitgehende Farbfehlerkorrektur.
Spezielle optische Gläser mit Fluorid- und Phosphatanteilen, die sehr niedrige Dispersion und anomale Teildispersion aufweisen können. Sie ermöglichen in geeigneten Kombinationen eine besonders weitgehende Farbfehlerkorrektur.
Fokalreduktor-Korrektor
Optische Gruppe, die die effektive Brennweite und damit das Öffnungsverhältnis verkleinert und gleichzeitig definierte Aberrationen korrigiert. Die Reduktionswirkung allein macht aus einer Gruppe noch keinen hochwertigen Korrektor; Feldgröße, Spektralbereich und Sensorlage müssen Teil des Designs sein.
Optische Gruppe, die die effektive Brennweite und damit das Öffnungsverhältnis verkleinert und gleichzeitig definierte Aberrationen korrigiert. Die Reduktionswirkung allein macht aus einer Gruppe noch keinen hochwertigen Korrektor; Feldgröße, Spektralbereich und Sensorlage müssen Teil des Designs sein.
Formel: k = fneu / fSystem; Nneu = k NSystem
APQ Bezug: APQ verwendet deshalb bewusst die Bezeichnung "Fokalreduktor-Korrektor" statt des verkürzten "Reducer".
Fokusshift
Verschiebung der optimalen Fokusposition durch Wellenlänge, Temperatur, Filter, mechanische Toleranzen oder andere Einflüsse. Chromatischer Fokusshift ist ein Maß für den Farblängsfehler; thermischer Fokusshift beschreibt die temperaturbedingte Fokusänderung.
Verschiebung der optimalen Fokusposition durch Wellenlänge, Temperatur, Filter, mechanische Toleranzen oder andere Einflüsse. Chromatischer Fokusshift ist ein Maß für den Farblängsfehler; thermischer Fokusshift beschreibt die temperaturbedingte Fokusänderung.
Fokustiefe / wellenoptische Schärfentiefe
Axialer Bereich um die nominale Bildebene, innerhalb dessen die Defokussierung ein festgelegtes Bildgütekriterium noch nicht überschreitet. Für ein beugungsbegrenztes System skaliert die zulässige Fokustiefe näherungsweise mit λ und dem Quadrat der Blendenzahl N.
Axialer Bereich um die nominale Bildebene, innerhalb dessen die Defokussierung ein festgelegtes Bildgütekriterium noch nicht überschreitet. Für ein beugungsbegrenztes System skaliert die zulässige Fokustiefe näherungsweise mit λ und dem Quadrat der Blendenzahl N.
Formel: Δz ≈ ±2 λ N² (Näherung, kriteriumsabhängig)
Foucaultsches Schneidenverfahren
Klassisches Prüfverfahren, bei dem eine Messerschneide nahe dem Fokus Teile des rücklaufenden Strahlenbündels abschattet. Helligkeitsverteilungen beziehungsweise Zonenmessungen erlauben Aussagen über Formfehler rotationssymmetrischer optischer Flächen.
Klassisches Prüfverfahren, bei dem eine Messerschneide nahe dem Fokus Teile des rücklaufenden Strahlenbündels abschattet. Helligkeitsverteilungen beziehungsweise Zonenmessungen erlauben Aussagen über Formfehler rotationssymmetrischer optischer Flächen.
Fourier-Transformation
Mathematische Transformation zwischen Orts- und Ortsfrequenzdarstellung. In der linearen Abbildungstheorie verknüpft sie unter anderem PSF und OTF.
Mathematische Transformation zwischen Orts- und Ortsfrequenzdarstellung. In der linearen Abbildungstheorie verknüpft sie unter anderem PSF und OTF.
Formel: F(ν) = ∫ f(x) · e−i2πνx dx
Fraunhofer-Linien
Historische Bezeichnung markanter Absorptionslinien im Sonnenspektrum. Linien wie C, d, F beziehungsweise F′ und C′ dienen traditionell als Referenzwellenlängen für Abbe-Zahl, Brechzahlen und chromatische Korrektur.
Historische Bezeichnung markanter Absorptionslinien im Sonnenspektrum. Linien wie C, d, F beziehungsweise F′ und C′ dienen traditionell als Referenzwellenlängen für Abbe-Zahl, Brechzahlen und chromatische Korrektur.
Freie Öffnung
Tatsächlich nutzbarer, nicht mechanisch abgeschatteter Durchmesser beziehungsweise Querschnitt eines optischen Elements oder Systems. Sie ist von der Nennabmessung eines Linsenrohlings oder einer Fassung zu unterscheiden.
Tatsächlich nutzbarer, nicht mechanisch abgeschatteter Durchmesser beziehungsweise Querschnitt eines optischen Elements oder Systems. Sie ist von der Nennabmessung eines Linsenrohlings oder einer Fassung zu unterscheiden.
Fresnel- und Fraunhofer-Beugung
Zwei Näherungsbereiche der Beugung. Fresnel-Beugung beschreibt endliche Ausbreitungsentfernungen mit gekrümmten Wellenfronten; Fraunhofer-Beugung den Fernfeldfall beziehungsweise dessen Realisierung in einer Brennebene.
Zwei Näherungsbereiche der Beugung. Fresnel-Beugung beschreibt endliche Ausbreitungsentfernungen mit gekrümmten Wellenfronten; Fraunhofer-Beugung den Fernfeldfall beziehungsweise dessen Realisierung in einer Brennebene.
Fresnelsche Gleichungen
Beziehungen für Amplitude und Leistung von reflektierter und transmittierter Welle an einer Grenzfläche. Sie berücksichtigen Einfallswinkel und Polarisation und sind Grundlage der Berechnung von Reflexionsverlusten und Antireflexbeschichtungen.
Beziehungen für Amplitude und Leistung von reflektierter und transmittierter Welle an einer Grenzfläche. Sie berücksichtigen Einfallswinkel und Polarisation und sind Grundlage der Berechnung von Reflexionsverlusten und Antireflexbeschichtungen.
Formel: R(0°) = |(n₁ − n₂)/(n₁ + n₂)|²
G
Gaußfehler
Chromatische Abhängigkeit des Öffnungsfehlers (sphärische Aberration), international meist als Sphärochromasie bezeichnet. Ein Objektiv kann bei einer Referenzwellenlänge sphärisch sehr gut korrigiert sein und bei anderen Wellenlängen dennoch unterschiedliche sphärische Aberration zeigen. Im weiteren Sprachgebrauch wird "Gaußfehler" gelegentlich auch auf die chromatische Variation anderer Aberrationen ausgedehnt.
Chromatische Abhängigkeit des Öffnungsfehlers (sphärische Aberration), international meist als Sphärochromasie bezeichnet. Ein Objektiv kann bei einer Referenzwellenlänge sphärisch sehr gut korrigiert sein und bei anderen Wellenlängen dennoch unterschiedliche sphärische Aberration zeigen. Im weiteren Sprachgebrauch wird "Gaußfehler" gelegentlich auch auf die chromatische Variation anderer Aberrationen ausgedehnt.
Gedämpfte kleinste Quadrate / Damped Least Squares (DLS)
Numerisches Optimierungsverfahren, bei dem die linearisierte Änderung einer Gütefunktion mit einer Dämpfung kombiniert wird. Die Dämpfung stabilisiert Schritte bei schlecht konditionierten oder stark nichtlinearen Problemen und wird in modernen Optikdesignprogrammen häufig eingesetzt.
Numerisches Optimierungsverfahren, bei dem die linearisierte Änderung einer Gütefunktion mit einer Dämpfung kombiniert wird. Die Dämpfung stabilisiert Schritte bei schlecht konditionierten oder stark nichtlinearen Problemen und wird in modernen Optikdesignprogrammen häufig eingesetzt.
Formel: Δp = −(Jᵀ W J + μI)−1 Jᵀ W r
Geometrische Optik
Näherung der Optik, in der Licht durch Strahlen beschrieben wird. Sie ist geeignet, wenn die charakteristischen Abmessungen eines Systems groß gegenüber der Wellenlänge sind, und bildet die Grundlage für Strahlverfolgung, Abbildungsgesetze und paraxiale Optik.
Näherung der Optik, in der Licht durch Strahlen beschrieben wird. Sie ist geeignet, wenn die charakteristischen Abmessungen eines Systems groß gegenüber der Wellenlänge sind, und bildet die Grundlage für Strahlverfolgung, Abbildungsgesetze und paraxiale Optik.
Gesichtsfeld
Winkelbereich im Objektraum, der vom optischen System oder vom verwendeten Sensor erfasst wird. Für kleine Winkel ist das Gesichtsfeld näherungsweise proportional zur Sensorgröße und umgekehrt proportional zur Brennweite.
Winkelbereich im Objektraum, der vom optischen System oder vom verwendeten Sensor erfasst wird. Für kleine Winkel ist das Gesichtsfeld näherungsweise proportional zur Sensorgröße und umgekehrt proportional zur Brennweite.
Formel: Ω ≈ 2 arctan [dSensor / (2 f)]
Grenzfrequenz
Höchste Ortsfrequenz, die ein ideales beugungsbegrenztes System bei einer gegebenen Wellenlänge und Öffnungszahl noch übertragen kann. Oberhalb dieser Frequenz fällt die MTF des idealen inkohärenten Systems auf null.
Höchste Ortsfrequenz, die ein ideales beugungsbegrenztes System bei einer gegebenen Wellenlänge und Öffnungszahl noch übertragen kann. Oberhalb dieser Frequenz fällt die MTF des idealen inkohärenten Systems auf null.
Formel: νc = 1 / (λ N)
Gütefunktion / Merit Function
Mathematische Zielfunktion einer optischen Optimierung. Sie fasst Abweichungen ausgewählter Systemgrößen von ihren Zielwerten mit Gewichtungen zusammen und erlaubt dem Optimierungsalgorithmus, unterschiedliche Anforderungen wie Wellenfront, Spots, Verzeichnung oder Baugrenzen gleichzeitig zu berücksichtigen.
Mathematische Zielfunktion einer optischen Optimierung. Sie fasst Abweichungen ausgewählter Systemgrößen von ihren Zielwerten mit Gewichtungen zusammen und erlaubt dem Optimierungsalgorithmus, unterschiedliche Anforderungen wie Wellenfront, Spots, Verzeichnung oder Baugrenzen gleichzeitig zu berücksichtigen.
Formel: MF = ∑ wi [qi − qi,Ziel]2
H
Hartmann-Test
Wellenfrontprüfverfahren, bei dem eine Lochmaske das Prüfbündel in Teilbündel zerlegt. Aus den gemessenen Spotpositionen in einer oder mehreren Ebenen werden lokale Strahlrichtungen und daraus Form- beziehungsweise Wellenfrontfehler bestimmt. Der Test ist der historische Vorläufer des Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors.
Wellenfrontprüfverfahren, bei dem eine Lochmaske das Prüfbündel in Teilbündel zerlegt. Aus den gemessenen Spotpositionen in einer oder mehreren Ebenen werden lokale Strahlrichtungen und daraus Form- beziehungsweise Wellenfrontfehler bestimmt. Der Test ist der historische Vorläufer des Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors.
Formel: ∂W/∂x ≈ Δx / L
Schematisch: Eine Hartmann-Maske zerlegt die Apertur in Teilbündel; deren Spotlagen enthalten die lokalen Wellenfrontneigungen.
Hauptebenen und Hauptpunkte
Paraxiale Bezugsebenen beziehungsweise ihre Achsenschnittpunkte, mit deren Hilfe ein zentriertes optisches System wie ein äquivalentes Dünnlinsensystem beschrieben werden kann. Brennweiten und Gegenstands-/Bildweiten werden auf diese kardinalen Ebenen bezogen.
Paraxiale Bezugsebenen beziehungsweise ihre Achsenschnittpunkte, mit deren Hilfe ein zentriertes optisches System wie ein äquivalentes Dünnlinsensystem beschrieben werden kann. Brennweiten und Gegenstands-/Bildweiten werden auf diese kardinalen Ebenen bezogen.
Hauptstrahl
Strahl eines außeraxialen Objektpunkts, der durch das Zentrum der Aperturblende verläuft. Seine Lage kennzeichnet unter anderem Feldwinkel, Pupillenabbildung, Telezentrie und Einfallswinkel auf Filter oder Detektor.
Strahl eines außeraxialen Objektpunkts, der durch das Zentrum der Aperturblende verläuft. Seine Lage kennzeichnet unter anderem Feldwinkel, Pupillenabbildung, Telezentrie und Einfallswinkel auf Filter oder Detektor.
Schematisch: Der Hauptstrahl verläuft durch das Zentrum der Aperturblende; Randstrahlen begrenzen das Bündel.
Herzbergersche Dispersionsformel
Dispersionsdarstellung für optische Werkstoffe, die Max Herzberger zur präzisen Beschreibung des Brechungsindexverlaufs über große Spektralbereiche entwickelte. Sie ist insbesondere für breitbandige Farbkorrektur und Superachromate von Bedeutung.
Dispersionsdarstellung für optische Werkstoffe, die Max Herzberger zur präzisen Beschreibung des Brechungsindexverlaufs über große Spektralbereiche entwickelte. Sie ist insbesondere für breitbandige Farbkorrektur und Superachromate von Bedeutung.
Huygenssches Prinzip
Jeder Punkt einer Wellenfront kann als Ausgangspunkt sekundärer Elementarwellen betrachtet werden; deren Einhüllende bildet die fortschreitende Wellenfront. Das Prinzip bildet eine wichtige Grundlage zum Verständnis von Beugung und Interferenz.
Jeder Punkt einer Wellenfront kann als Ausgangspunkt sekundärer Elementarwellen betrachtet werden; deren Einhüllende bildet die fortschreitende Wellenfront. Das Prinzip bildet eine wichtige Grundlage zum Verständnis von Beugung und Interferenz.
I
Interferenz
Überlagerung kohärenter Lichtwellen, bei der sich je nach Phasenlage Verstärkung oder Abschwächung ergibt. Interferenz bildet die Grundlage interferometrischer Messverfahren und vieler Dünnschichtfilter.
Überlagerung kohärenter Lichtwellen, bei der sich je nach Phasenlage Verstärkung oder Abschwächung ergibt. Interferenz bildet die Grundlage interferometrischer Messverfahren und vieler Dünnschichtfilter.
Formel: I = I₁ + I₂ + 2√(I₁I₂) cos Δφ
Interferenzfilter
Dünnschichtfilter, dessen spektrale Wirkung überwiegend durch Interferenz in Mehrschichtsystemen entsteht. Durch geeignete Schichtfolgen können Pass-, Sperr- oder Kantenbereiche realisiert werden; die spektrale Lage hängt unter anderem vom Einfallswinkel ab.
Dünnschichtfilter, dessen spektrale Wirkung überwiegend durch Interferenz in Mehrschichtsystemen entsteht. Durch geeignete Schichtfolgen können Pass-, Sperr- oder Kantenbereiche realisiert werden; die spektrale Lage hängt unter anderem vom Einfallswinkel ab.
APQ Bezug: Bei schnellen Strahlenbündeln und großen Bildfeldern muss die Winkelabhängigkeit von Interferenzfiltern gemeinsam mit der Optik bewertet werden.
Interferogramm
Intensitätsverteilung der überlagerten Referenz- und Prüfwelle in einem Interferometer. Form und Lage der Interferenzstreifen codieren die optische Wegdifferenz; quantitative Auswertung führt zur rekonstruierten Fläche oder Wellenfront.
Intensitätsverteilung der überlagerten Referenz- und Prüfwelle in einem Interferometer. Form und Lage der Interferenzstreifen codieren die optische Wegdifferenz; quantitative Auswertung führt zur rekonstruierten Fläche oder Wellenfront.
Formel: Δφ = 2π · OPD / λ
Interferometrie
Messverfahren, bei dem eine zu prüfende Wellenfront mit einer Referenzwellenfront überlagert wird. Aus dem Interferenzmuster lassen sich Form-, Oberflächen- und Wellenfrontabweichungen hochgenau bestimmen.
Messverfahren, bei dem eine zu prüfende Wellenfront mit einer Referenzwellenfront überlagert wird. Aus dem Interferenzmuster lassen sich Form-, Oberflächen- und Wellenfrontabweichungen hochgenau bestimmen.
Isoplanasie / isoplanatischer Bereich
Bereich im Objekt- oder Bildfeld, innerhalb dessen die Punktbildfunktion mit ausreichender Genauigkeit als ortsinvariant behandelt werden kann. Die Größe dieses Bereichs ist unter anderem für OTF/MTF-Auswertung und adaptive Optik relevant.
Bereich im Objekt- oder Bildfeld, innerhalb dessen die Punktbildfunktion mit ausreichender Genauigkeit als ortsinvariant behandelt werden kann. Die Größe dieses Bereichs ist unter anderem für OTF/MTF-Auswertung und adaptive Optik relevant.
K
Kegelschnittparameter / konische Konstante
Parameter K zur Beschreibung rotationssymmetrischer Kegelschnittflächen. Typische Werte sind K = 0 für die Kugel, K = −1 für das Paraboloid und K < −1 für Hyperboloide; zusammen mit dem Scheitelradius bestimmt K die Grundform einer Asphäre.
Parameter K zur Beschreibung rotationssymmetrischer Kegelschnittflächen. Typische Werte sind K = 0 für die Kugel, K = −1 für das Paraboloid und K < −1 für Hyperboloide; zusammen mit dem Scheitelradius bestimmt K die Grundform einer Asphäre.
Formel: z(r) = r² / [R · (1 + √(1 − (1+K) r²/R²))]
Kinematische Lagerung
Lagerungsprinzip, bei dem die sechs Freiheitsgrade eines starren Körpers eindeutig und ohne unnötige Zwangsbedingungen festgelegt werden. Klassische Kontaktgeometrien wie Kugel/Kegel, Kugel/Nut und Kugel/Fläche vermeiden Überbestimmung und verbessern Reproduzierbarkeit sowie thermomechanisches Verhalten.
Lagerungsprinzip, bei dem die sechs Freiheitsgrade eines starren Körpers eindeutig und ohne unnötige Zwangsbedingungen festgelegt werden. Klassische Kontaktgeometrien wie Kugel/Kegel, Kugel/Nut und Kugel/Fläche vermeiden Überbestimmung und verbessern Reproduzierbarkeit sowie thermomechanisches Verhalten.
APQ Bezug: Kinematische Prinzipien sind besonders bei justierbaren und temperaturkritischen APQ Baugruppen relevant.
Literatur: [Y08]
Kohärenz / Kohärenzlänge
Maß für die zeitliche beziehungsweise räumliche Phasenbeziehung einer Lichtwelle. Die Kohärenzlänge beschreibt näherungsweise die optische Wegdifferenz, über die noch ein stabiler Interferenzkontrast beobachtet werden kann.
Maß für die zeitliche beziehungsweise räumliche Phasenbeziehung einer Lichtwelle. Die Kohärenzlänge beschreibt näherungsweise die optische Wegdifferenz, über die noch ein stabiler Interferenzkontrast beobachtet werden kann.
Formel: Lc ≈ λ² / Δλ (für schmalbandige Strahlung, näherungsweise)
Kollimation
Ausrichtung optischer Elemente und Achsen so, dass das System seine vorgesehene geometrische Konfiguration erreicht. Bei einem Refraktor betrifft dies unter anderem Zentrierung, Verkippung und Lage von Objektiv, Tubus und Bildebene.
Ausrichtung optischer Elemente und Achsen so, dass das System seine vorgesehene geometrische Konfiguration erreicht. Bei einem Refraktor betrifft dies unter anderem Zentrierung, Verkippung und Lage von Objektiv, Tubus und Bildebene.
Kollimator
Optisches System zur Erzeugung eines näherungsweise parallelen Strahlenbündels aus einem Objekt in seiner Brennebene oder umgekehrt zur Abbildung eines Objekts im Unendlichen in eine definierte Ebene. Kollimatoren werden bei Justage, Prüfung und Kalibrierung optischer Systeme eingesetzt.
Optisches System zur Erzeugung eines näherungsweise parallelen Strahlenbündels aus einem Objekt in seiner Brennebene oder umgekehrt zur Abbildung eines Objekts im Unendlichen in eine definierte Ebene. Kollimatoren werden bei Justage, Prüfung und Kalibrierung optischer Systeme eingesetzt.
Koma
Außeraxialer Abbildungsfehler, bei dem ein Punktobjekt eine asymmetrische, kometenähnliche Punktbildfunktion erzeugt. Koma gehört zu den primären monochromatischen Aberrationen und nimmt typischerweise mit dem Feldwinkel zu.
Außeraxialer Abbildungsfehler, bei dem ein Punktobjekt eine asymmetrische, kometenähnliche Punktbildfunktion erzeugt. Koma gehört zu den primären monochromatischen Aberrationen und nimmt typischerweise mit dem Feldwinkel zu.
Kompensationsfassung
Mechanische Objektivfassung, deren konstruktive Elemente temperaturbedingte Längen- und Durchmesseränderungen so beeinflussen, dass optisch kritische Relativlagen und Spannungszustände über den vorgesehenen Temperaturbereich kontrolliert werden.
Mechanische Objektivfassung, deren konstruktive Elemente temperaturbedingte Längen- und Durchmesseränderungen so beeinflussen, dass optisch kritische Relativlagen und Spannungszustände über den vorgesehenen Temperaturbereich kontrolliert werden.
APQ Bezug: Die thermische und mechanische Kompensation ist bei großen, breitbandig korrigierten APQ Objektiven ein eigenständiger Bestandteil des Gesamtsystems.
Literatur: [H81]
Kristall
Festkörper mit räumlich geordneter atomarer Struktur. In der technischen Optik werden Kristalle als optische Werkstoffe eingesetzt und können anisotrope Eigenschaften besitzen. Calciumfluorid (CaF₂) ist ein kristalliner Werkstoff und kein optisches Glas.
Festkörper mit räumlich geordneter atomarer Struktur. In der technischen Optik werden Kristalle als optische Werkstoffe eingesetzt und können anisotrope Eigenschaften besitzen. Calciumfluorid (CaF₂) ist ein kristalliner Werkstoff und kein optisches Glas.
Künstlicher Stern
Kleine, helle künstliche Punktquelle zur Prüfung oder Justage astronomischer Optiken. Entscheidend sind Quellengröße, Spektralbereich und Prüfgeometrie. Bei endlicher Entfernung ist das einfallende Bündel nicht exakt parallel; daher können insbesondere sphärische Aberration und Fokus gegenüber einer Quelle im Unendlichen beeinflusst werden.
Kleine, helle künstliche Punktquelle zur Prüfung oder Justage astronomischer Optiken. Entscheidend sind Quellengröße, Spektralbereich und Prüfgeometrie. Bei endlicher Entfernung ist das einfallende Bündel nicht exakt parallel; daher können insbesondere sphärische Aberration und Fokus gegenüber einer Quelle im Unendlichen beeinflusst werden.
Formel: α ≈ d / L
APQ Bezug: Für belastbare Prüfergebnisse müssen Quellendurchmesser d, Abstand L und gegebenenfalls ein vorgeschalteter Kollimator dokumentiert werden.
Schematisch: Eine kleine Punktquelle kann direkt in endlicher Entfernung oder über einen Kollimator als künstlicher Stern verwendet werden.
L
Linsengleichung
Paraxiale Beziehung zwischen Brennweite f, Gegenstandsweite g und Bildweite b für eine dünne Linse beziehungsweise ein äquivalent beschriebenes System. Das Vorzeichen hängt von der verwendeten Konvention ab.
Paraxiale Beziehung zwischen Brennweite f, Gegenstandsweite g und Bildweite b für eine dünne Linse beziehungsweise ein äquivalent beschriebenes System. Das Vorzeichen hängt von der verwendeten Konvention ab.
Formel: 1/f = 1/g + 1/b
Luftspalt
Definierter axialer Abstand zwischen zwei optischen Flächen, der mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt ist. Luftspalte sind eigenständige Designparameter und beeinflussen Aberrationen, thermisches Verhalten, Reflexionsverluste und Montagetoleranzen.
Definierter axialer Abstand zwischen zwei optischen Flächen, der mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt ist. Luftspalte sind eigenständige Designparameter und beeinflussen Aberrationen, thermisches Verhalten, Reflexionsverluste und Montagetoleranzen.
M
Magnetorheologisches Finishing (MRF)
Deterministisches Feinstpolierverfahren, bei dem eine magnetisch steuerbare Poliersuspension ein lokal definierbares Abtragswerkzeug bildet. MRF eignet sich zur gezielten Korrektur verbleibender Formfehler hochwertiger optischer Flächen.
Deterministisches Feinstpolierverfahren, bei dem eine magnetisch steuerbare Poliersuspension ein lokal definierbares Abtragswerkzeug bildet. MRF eignet sich zur gezielten Korrektur verbleibender Formfehler hochwertiger optischer Flächen.
APQ Bezug: MRF ist insbesondere für hochgenaue Flächenkorrekturen interessant, wenn klassische Vollflächenpolitur an ihre Grenzen kommt.
Literatur: [M07]
Materialinhomogenität
Räumliche Änderung optischer Materialeigenschaften innerhalb eines Bauteils, insbesondere des Brechungsindex n. Brechzahlinhomogenität kann Wellenfrontfehler verursachen, obwohl die geometrische Oberflächenform einwandfrei ist.
Räumliche Änderung optischer Materialeigenschaften innerhalb eines Bauteils, insbesondere des Brechungsindex n. Brechzahlinhomogenität kann Wellenfrontfehler verursachen, obwohl die geometrische Oberflächenform einwandfrei ist.
Formel: Δn = n(x,y,z) − nref
Melt-Fit
Anpassung beziehungsweise Nachoptimierung eines optischen Designs an die tatsächlich gemessenen Schmelzdaten der verfügbaren Glaschargen. Dadurch können Abweichungen realer Brechzahlen und Dispersionen von Katalog-Sollwerten in hochkorrigierten Systemen berücksichtigt werden.
Anpassung beziehungsweise Nachoptimierung eines optischen Designs an die tatsächlich gemessenen Schmelzdaten der verfügbaren Glaschargen. Dadurch können Abweichungen realer Brechzahlen und Dispersionen von Katalog-Sollwerten in hochkorrigierten Systemen berücksichtigt werden.
APQ Bezug: Bei breitbandig korrigierten Hochleistungsobjektiven kann Melt-Fit einen wichtigen Beitrag leisten, um die berechnete Farbkorrektur in der realen Fertigung zu erhalten.
Messunsicherheit
Kenngröße, die den Wertebereich beschreibt, der einem Messergebnis unter Berücksichtigung der relevanten Unsicherheitsbeiträge zugeordnet wird. Hochpräzise Angaben zu Wellenfront, Zentrierung oder Oberflächenform sind ohne Prüfbedingungen und Unsicherheitsbetrachtung nur eingeschränkt vergleichbar.
Kenngröße, die den Wertebereich beschreibt, der einem Messergebnis unter Berücksichtigung der relevanten Unsicherheitsbeiträge zugeordnet wird. Hochpräzise Angaben zu Wellenfront, Zentrierung oder Oberflächenform sind ohne Prüfbedingungen und Unsicherheitsbetrachtung nur eingeschränkt vergleichbar.
Formel: uc = √∑(ci ui)2
Modulationsübertragungsfunktion (MTF)
Betrag der optischen Übertragungsfunktion. Sie beschreibt, welcher Kontrast eines sinusförmigen Objektmusters bei einer bestimmten Ortsfrequenz im Bild erhalten bleibt. Eine MTF-Angabe ist nur zusammen mit Wellenlänge beziehungsweise Spektralgewichtung, Feldpunkt, Fokus und Bezugsmaßstab eindeutig.
Betrag der optischen Übertragungsfunktion. Sie beschreibt, welcher Kontrast eines sinusförmigen Objektmusters bei einer bestimmten Ortsfrequenz im Bild erhalten bleibt. Eine MTF-Angabe ist nur zusammen mit Wellenlänge beziehungsweise Spektralgewichtung, Feldpunkt, Fokus und Bezugsmaßstab eindeutig.
Formel: MTF(ν) = |OTF(ν)|
Schematisch: Die MTF beschreibt den übertragenen Kontrast in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz.
Monochromat
Optisches System, dessen Korrektur oder Bewertung auf eine einzelne Wellenlänge beziehungsweise einen sehr schmalen Spektralbereich bezogen ist. Der Begriff bezeichnet eine spektrale Korrektionsbedingung und nicht die Zahl der Linsenelemente.
Optisches System, dessen Korrektur oder Bewertung auf eine einzelne Wellenlänge beziehungsweise einen sehr schmalen Spektralbereich bezogen ist. Der Begriff bezeichnet eine spektrale Korrektionsbedingung und nicht die Zahl der Linsenelemente.
Literatur: [HR84]
Multiplet
Mehrgliedriges optisches System aus mehreren Linsenelementen beziehungsweise Linsengruppen. Der Begriff beschreibt die strukturelle Komplexität und ist – wie Dublet, Triplet oder Quadruplet – von einer chromatischen Korrektionsklasse zu unterscheiden.
Mehrgliedriges optisches System aus mehreren Linsenelementen beziehungsweise Linsengruppen. Der Begriff beschreibt die strukturelle Komplexität und ist – wie Dublet, Triplet oder Quadruplet – von einer chromatischen Korrektionsklasse zu unterscheiden.
Literatur: [HR84]
N
Numerische Apertur
Dimensionslose Kenngröße für den Öffnungswinkel eines Strahlenbündels. In Luft und bei kleinen Winkeln ist sie für ein abbildendes System näherungsweise mit dem Öffnungsverhältnis verknüpft.
Dimensionslose Kenngröße für den Öffnungswinkel eines Strahlenbündels. In Luft und bei kleinen Winkeln ist sie für ein abbildendes System näherungsweise mit dem Öffnungsverhältnis verknüpft.
Formel: NA = n sin u; für kleine Winkel in Luft: NA ≈ 1/(2N)
Nyquist-Frequenz
Halbe Abtastfrequenz eines diskret abtastenden Systems. Ortsfrequenzen oberhalb der Nyquist-Frequenz können ohne geeignete Vorfilterung als niedrigere Frequenzen erscheinen (Aliasing). Die Nyquist-Frequenz verknüpft daher Optik-MTF und Detektorpixel.
Halbe Abtastfrequenz eines diskret abtastenden Systems. Ortsfrequenzen oberhalb der Nyquist-Frequenz können ohne geeignete Vorfilterung als niedrigere Frequenzen erscheinen (Aliasing). Die Nyquist-Frequenz verknüpft daher Optik-MTF und Detektorpixel.
Formel: νN = 1 / (2p)
Schematisch: Die Pixelteilung p legt die Nyquist-Grenze der räumlichen Abtastung fest.
O
Oberflächenformabweichung
Abweichung einer realen optischen Oberfläche von ihrer spezifizierten Sollform nach definierter Ausrichtung und Entfernung der zugelassenen Freiheitsgrade. Sie ist von Oberflächenrauheit und kosmetischen Oberflächenfehlern zu unterscheiden.
Abweichung einer realen optischen Oberfläche von ihrer spezifizierten Sollform nach definierter Ausrichtung und Entfernung der zugelassenen Freiheitsgrade. Sie ist von Oberflächenrauheit und kosmetischen Oberflächenfehlern zu unterscheiden.
Oberflächengüte / Scratch-Dig
Oberbegriff für die Qualität einer optischen Oberfläche hinsichtlich lokaler Defekte wie Kratzer, Punkteinschlüsse oder Ausbrüche. Scratch-Dig ist eine verbreitete, überwiegend kosmetische Klassifikation solcher Fehler und darf nicht mit Formabweichung oder Rauheit gleichgesetzt werden.
Oberbegriff für die Qualität einer optischen Oberfläche hinsichtlich lokaler Defekte wie Kratzer, Punkteinschlüsse oder Ausbrüche. Scratch-Dig ist eine verbreitete, überwiegend kosmetische Klassifikation solcher Fehler und darf nicht mit Formabweichung oder Rauheit gleichgesetzt werden.
Oberflächenrauheit
Kurzwelliger Anteil der Oberflächenabweichung gegenüber der idealen Form. Rauheit beeinflusst insbesondere Streulicht und Verluste; sie wird mit geeigneten statistischen Kennwerten und einer definierten räumlichen Bandbreite angegeben.
Kurzwelliger Anteil der Oberflächenabweichung gegenüber der idealen Form. Rauheit beeinflusst insbesondere Streulicht und Verluste; sie wird mit geeigneten statistischen Kennwerten und einer definierten räumlichen Bandbreite angegeben.
Formel: Rq = √[(1/L) ∫ z(x)2 dx]
Optische Tolerierung
Festlegung zulässiger Abweichungen von Designparametern und Analyse ihrer Auswirkungen auf die Systemleistung. Dazu gehören beispielsweise Radien, Dicken, Abstände, Brechzahlen, Zentrierung, Verkippung und Montagefehler. Eine Toleranzanalyse verbindet das Nominaldesign mit einer realistisch fertigbaren Konstruktion.
Festlegung zulässiger Abweichungen von Designparametern und Analyse ihrer Auswirkungen auf die Systemleistung. Dazu gehören beispielsweise Radien, Dicken, Abstände, Brechzahlen, Zentrierung, Verkippung und Montagefehler. Eine Toleranzanalyse verbindet das Nominaldesign mit einer realistisch fertigbaren Konstruktion.
Optische Übertragungsfunktion (OTF)
Komplexe Funktion, die Amplituden- und Phasenübertragung eines linearen, ortsinvarianten Abbildungssystems in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz beschreibt. Ihr Betrag ist die MTF; ihre Phase wird als Phase Transfer Function (PTF) bezeichnet.
Komplexe Funktion, die Amplituden- und Phasenübertragung eines linearen, ortsinvarianten Abbildungssystems in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz beschreibt. Ihr Betrag ist die MTF; ihre Phase wird als Phase Transfer Function (PTF) bezeichnet.
Formel: OTF(ν) = FT{PSF} / FT{PSF}|ν=0
Optisches Glas
Amorpher, homogener Werkstoff mit kontrollierten optischen und thermischen Eigenschaften zur Herstellung optischer Komponenten. Wesentliche Kenngrößen sind Brechungsindex, Dispersion, Transmission, Homogenität und thermisches Verhalten. Kristallines CaF₂ zählt nicht zu den optischen Gläsern.
Amorpher, homogener Werkstoff mit kontrollierten optischen und thermischen Eigenschaften zur Herstellung optischer Komponenten. Wesentliche Kenngrößen sind Brechungsindex, Dispersion, Transmission, Homogenität und thermisches Verhalten. Kristallines CaF₂ zählt nicht zu den optischen Gläsern.
Ortsfrequenz
Anzahl periodischer Helligkeits- oder Strukturwechsel pro Längeneinheit in der Bildebene beziehungsweise pro Winkel- oder Objektstrecke. Die Ortsfrequenz ist die unabhängige Variable der MTF und verknüpft Auflösung, Kontrast und Detektorabtastung.
Anzahl periodischer Helligkeits- oder Strukturwechsel pro Längeneinheit in der Bildebene beziehungsweise pro Winkel- oder Objektstrecke. Die Ortsfrequenz ist die unabhängige Variable der MTF und verknüpft Auflösung, Kontrast und Detektorabtastung.
Formel: ν = 1 / P
P
Paraxialer Bereich / Gaußscher Raum
Näherungsbereich der geometrischen Optik für kleine Strahlhöhen und kleine Winkel zur optischen Achse. Hier können sin u ≈ tan u ≈ u gesetzt werden; Brennweiten, Hauptlagen und paraxiale Schnittweiten werden in dieser ersten Ordnung beschrieben.
Näherungsbereich der geometrischen Optik für kleine Strahlhöhen und kleine Winkel zur optischen Achse. Hier können sin u ≈ tan u ≈ u gesetzt werden; Brennweiten, Hauptlagen und paraxiale Schnittweiten werden in dieser ersten Ordnung beschrieben.
Formel: sin u ≈ tan u ≈ u
Partielle Dispersion
Maß für die Brechzahldifferenz eines Werkstoffs zwischen zwei ausgewählten Spektrallinien. Relative partielle Dispersionen normieren diese Differenz auf eine Referenzdispersion und erlauben den Vergleich von Gläsern unabhängig von der absoluten Dispersion.
Maß für die Brechzahldifferenz eines Werkstoffs zwischen zwei ausgewählten Spektrallinien. Relative partielle Dispersionen normieren diese Differenz auf eine Referenzdispersion und erlauben den Vergleich von Gläsern unabhängig von der absoluten Dispersion.
Formel: Px,y = (nx − ny) / (nF − nC)
Petzval-Summe
Paraxiale Kenngröße für die durch Brechkräfte und Brechzahlen bestimmte Bildfeldkrümmung eines optischen Systems. Eine geeignete Verteilung positiver und negativer Brechkräfte kann die Petzval-Krümmung reduzieren oder kompensieren.
Paraxiale Kenngröße für die durch Brechkräfte und Brechzahlen bestimmte Bildfeldkrümmung eines optischen Systems. Eine geeignete Verteilung positiver und negativer Brechkräfte kann die Petzval-Krümmung reduzieren oder kompensieren.
Phasenübertragungsfunktion (PTF)
Phase der komplexen optischen Übertragungsfunktion (OTF). Während die MTF den Betrag der Kontrastübertragung beschreibt, kennzeichnet die PTF ortsfrequenzabhängige Phasenverschiebungen des Abbildungssystems.
Phase der komplexen optischen Übertragungsfunktion (OTF). Während die MTF den Betrag der Kontrastübertragung beschreibt, kennzeichnet die PTF ortsfrequenzabhängige Phasenverschiebungen des Abbildungssystems.
Formel: OTF(ν) = MTF(ν) · ei·PTF(ν)
Pixelmaßstab
Winkelbereich am Himmel, der auf ein Detektorpixel abgebildet wird. Der Pixelmaßstab ergibt sich aus Pixelgröße und effektiver Brennweite und ist für die Abstimmung von Seeing, Auflösung und Sampling wesentlich.
Winkelbereich am Himmel, der auf ein Detektorpixel abgebildet wird. Der Pixelmaßstab ergibt sich aus Pixelgröße und effektiver Brennweite und ist für die Abstimmung von Seeing, Auflösung und Sampling wesentlich.
Formel: s [arcsec/Pixel] ≈ 206265 · p / f
Planparallele Platte
Optisches Element mit zwei idealerweise parallelen ebenen Flächen. Bei senkrechtem Einfall führt eine Platte mit Dicke t und Brechungsindex n zu einer axialen Fokusverschiebung; bei schrägem Einfall treten zusätzlich Strahlversatz und aberrative Beiträge auf.
Optisches Element mit zwei idealerweise parallelen ebenen Flächen. Bei senkrechtem Einfall führt eine Platte mit Dicke t und Brechungsindex n zu einer axialen Fokusverschiebung; bei schrägem Einfall treten zusätzlich Strahlversatz und aberrative Beiträge auf.
Formel: Δs ≈ t · (1 − 1/n) (paraxial, in Luft)
Point Spread Function (PSF)
Zweidimensionale Intensitätsverteilung des Bildes einer ideal punktförmigen Quelle. Die PSF enthält die gemeinsame Wirkung von Beugung, Aberrationen und gegebenenfalls weiteren Systemeinflüssen; ihre Fourier-Transformation ist mit der OTF verknüpft.
Zweidimensionale Intensitätsverteilung des Bildes einer ideal punktförmigen Quelle. Die PSF enthält die gemeinsame Wirkung von Beugung, Aberrationen und gegebenenfalls weiteren Systemeinflüssen; ihre Fourier-Transformation ist mit der OTF verknüpft.
Polarisation
Beschreibung der zeitlichen Orientierung des elektrischen Feldvektors einer Lichtwelle. Man unterscheidet unter anderem lineare, zirkulare und elliptische Polarisation; Reflexion, Doppelbrechung und Spannungen in optischen Werkstoffen können den Polarisationszustand verändern.
Beschreibung der zeitlichen Orientierung des elektrischen Feldvektors einer Lichtwelle. Man unterscheidet unter anderem lineare, zirkulare und elliptische Polarisation; Reflexion, Doppelbrechung und Spannungen in optischen Werkstoffen können den Polarisationszustand verändern.
Polychromat
Bezeichnung für ein optisches System mit weitergehender chromatischer Korrektion über mehrere Farben beziehungsweise einen breiten Spektralbereich. In der Haferkorn-Terminologie steht Polychromasie für eine über die einfacheren chromatischen Korrektionsbedingungen hinausgehende Auslegung. Die konkrete Güte muss stets über den spezifizierten Spektralbereich und relevante Bildgütekriterien bewertet werden.
Bezeichnung für ein optisches System mit weitergehender chromatischer Korrektion über mehrere Farben beziehungsweise einen breiten Spektralbereich. In der Haferkorn-Terminologie steht Polychromasie für eine über die einfacheren chromatischen Korrektionsbedingungen hinausgehende Auslegung. Die konkrete Güte muss stets über den spezifizierten Spektralbereich und relevante Bildgütekriterien bewertet werden.
APQ Bezug: APQ verwendet "Polychromat" für seine breitbandig korrigierten Objektivsysteme; die Bezeichnung ist nicht mit der Zahl der Linsenelemente gleichzusetzen.
Q
Quadruplet
In der Astroszene gebräuchliche Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus vier optischen Elementen. "Quadruplet" beschreibt die Elementzahl und nicht automatisch die chromatische Korrektionsklasse.
In der Astroszene gebräuchliche Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus vier optischen Elementen. "Quadruplet" beschreibt die Elementzahl und nicht automatisch die chromatische Korrektionsklasse.
APQ Bezug: Die APQ Fluorit Quadruplet Polychromate kombinieren vier Elemente mit einer breitbandigen chromatischen und geometrischen Korrektur.
Literatur: [KJ10]
Quanteneffizienz
Wellenlängenabhängiger Anteil der auf einen Detektor treffenden Photonen, die zu registrierten Photoelektronen beziehungsweise Ladungsträgern beitragen. Für die Systemleistung ist die QE zusammen mit Transmission, Pixelgröße, Ausleserauschen und Dunkelstrom zu betrachten.
Wellenlängenabhängiger Anteil der auf einen Detektor treffenden Photonen, die zu registrierten Photoelektronen beziehungsweise Ladungsträgern beitragen. Für die Systemleistung ist die QE zusammen mit Transmission, Pixelgröße, Ausleserauschen und Dunkelstrom zu betrachten.
Formel: η(λ) = Ne− / NPhotonen
Schematisch: Die Quanteneffizienz eines Detektors ist wellenlängenabhängig.
Literatur: [S00]
Quarzglas / Fused Silica
Hochreines amorphes Siliziumdioxid mit guter UV-Transmission, hoher thermischer Stabilität und vergleichsweise geringer Wärmeausdehnung. Quarzglas ist im Unterschied zu kristallinem Quarz isotrop und zählt zu den optischen Gläsern.
Hochreines amorphes Siliziumdioxid mit guter UV-Transmission, hoher thermischer Stabilität und vergleichsweise geringer Wärmeausdehnung. Quarzglas ist im Unterschied zu kristallinem Quarz isotrop und zählt zu den optischen Gläsern.
Queraberration / transversale Aberration
Seitliche Abweichung eines realen Strahlschnittpunkts vom idealen paraxialen oder geometrischen Bildpunkt in einer definierten Bildebene. Queraberrationen werden häufig in Strahlenfächer- oder Spotdiagrammen ausgewertet.
Seitliche Abweichung eines realen Strahlschnittpunkts vom idealen paraxialen oder geometrischen Bildpunkt in einer definierten Bildebene. Queraberrationen werden häufig in Strahlenfächer- oder Spotdiagrammen ausgewertet.
R
Randstrahl
Strahl eines Objektpunkts, der den Rand der wirksamen Aperturblende berührt. Randstrahlen begrenzen ein Strahlenbündel und sind zusammen mit dem Hauptstrahl wichtige Konstruktionsstrahlen für Öffnung, Feld und Vignettierung.
Strahl eines Objektpunkts, der den Rand der wirksamen Aperturblende berührt. Randstrahlen begrenzen ein Strahlenbündel und sind zusammen mit dem Hauptstrahl wichtige Konstruktionsstrahlen für Öffnung, Feld und Vignettierung.
Schematisch: Randstrahlen begrenzen das Bündel; der Hauptstrahl verläuft durch das Zentrum der Aperturblende.
Rayleighsche Viertelwellenlängenregel
Historisches Näherungskriterium, nach dem eine maximale optische Wegabweichung von etwa λ/4 häufig als Grenze für eine näherungsweise beugungsbegrenzte Abbildung betrachtet wird. Das Kriterium ist nicht mit dem Rayleigh-Kriterium für das Auflösungsvermögen zu verwechseln.
Historisches Näherungskriterium, nach dem eine maximale optische Wegabweichung von etwa λ/4 häufig als Grenze für eine näherungsweise beugungsbegrenzte Abbildung betrachtet wird. Das Kriterium ist nicht mit dem Rayleigh-Kriterium für das Auflösungsvermögen zu verwechseln.
Formel: PV(OPD) ≲ λ / 4
Reflexionsgrad
Verhältnis der reflektierten zur einfallenden optischen Strahlungsleistung an einer Fläche oder einem System. Er hängt von Wellenlänge, Einfallswinkel, Polarisation, Brechzahlen und Beschichtung ab.
Verhältnis der reflektierten zur einfallenden optischen Strahlungsleistung an einer Fläche oder einem System. Er hängt von Wellenlänge, Einfallswinkel, Polarisation, Brechzahlen und Beschichtung ab.
Formel: R(λ) = Pref(λ) / Pein(λ)
Restspektrum
Nach einer chromatischen Korrektur verbleibende wellenlängenabhängige Fokus- oder Abbildungsabweichung. Form und Größe des Restspektrums sind entscheidend dafür, wie gut ein Achromat, Apochromat, Superachromat oder Polychromat über den vorgesehenen Spektralbereich korrigiert ist.
Nach einer chromatischen Korrektur verbleibende wellenlängenabhängige Fokus- oder Abbildungsabweichung. Form und Größe des Restspektrums sind entscheidend dafür, wie gut ein Achromat, Apochromat, Superachromat oder Polychromat über den vorgesehenen Spektralbereich korrigiert ist.
RMS-Wellenfrontfehler
Quadratischer Mittelwert der Abweichung einer realen Wellenfront von einer gewählten Referenzwellenfront nach den jeweils definierten Abzügen, zum Beispiel Tilt und Defokus. RMS und Peak-to-Valley (PV) sind nicht direkt austauschbar.
Quadratischer Mittelwert der Abweichung einer realen Wellenfront von einer gewählten Referenzwellenfront nach den jeweils definierten Abzügen, zum Beispiel Tilt und Defokus. RMS und Peak-to-Valley (PV) sind nicht direkt austauschbar.
Formel: σW = √[(1/A) ∫A (W − W̄)2 dA]
S
Sagittal- und Tangentialebene
Zwei zueinander senkrechte Bezugsebenen für außeraxiale Strahlenbündel. Die Tangential- oder Meridionalebene enthält optische Achse und Hauptstrahl; die Sagittalebene steht dazu senkrecht. Unterschiedliche Fokuslagen in beiden Ebenen kennzeichnen Astigmatismus.
Zwei zueinander senkrechte Bezugsebenen für außeraxiale Strahlenbündel. Die Tangential- oder Meridionalebene enthält optische Achse und Hauptstrahl; die Sagittalebene steht dazu senkrecht. Unterschiedliche Fokuslagen in beiden Ebenen kennzeichnen Astigmatismus.
Schematisch: Sagittal- und Tangential-/Meridionalebene eines außeraxialen Strahlenbündels.
Schleifen, Läppen und Polieren
Grundlegende Bearbeitungsstufen der Feinoptik. Schleifen erzeugt Geometrie und Materialabtrag, Läppen beziehungsweise Feinschleifen reduziert Form- und Tiefenschäden, und Polieren erzeugt die optisch wirksame Oberfläche mit sehr geringer Rauheit. Moderne Verfahren wie MRF ergänzen diese Prozesskette deterministisch.
Grundlegende Bearbeitungsstufen der Feinoptik. Schleifen erzeugt Geometrie und Materialabtrag, Läppen beziehungsweise Feinschleifen reduziert Form- und Tiefenschäden, und Polieren erzeugt die optisch wirksame Oberfläche mit sehr geringer Rauheit. Moderne Verfahren wie MRF ergänzen diese Prozesskette deterministisch.
Schmelzdaten (Melt Data)
Gemessene optische Kennwerte einer konkreten Glascharge, insbesondere Brechzahlen an definierten Wellenlängen und daraus abgeleitete Dispersionsdaten. Sie können von den nominalen Katalogwerten geringfügig abweichen und bilden die Grundlage eines Melt-Fit bei hochkorrigierten Designs.
Gemessene optische Kennwerte einer konkreten Glascharge, insbesondere Brechzahlen an definierten Wellenlängen und daraus abgeleitete Dispersionsdaten. Sie können von den nominalen Katalogwerten geringfügig abweichen und bilden die Grundlage eines Melt-Fit bei hochkorrigierten Designs.
Schnittweite
Axialer Abstand eines Fokus- oder Schnittpunkts von einer festgelegten Bezugsfläche. Die Schnittweite ist nicht mit der Brennweite gleichzusetzen, da sie von der Lage der Hauptflächen und der gewählten mechanischen Referenz abhängt.
Axialer Abstand eines Fokus- oder Schnittpunkts von einer festgelegten Bezugsfläche. Die Schnittweite ist nicht mit der Brennweite gleichzusetzen, da sie von der Lage der Hauptflächen und der gewählten mechanischen Referenz abhängt.
Seeing
Durch atmosphärische Turbulenz verursachte zeitlich veränderliche Bildunschärfe und Bildbewegung. Bei bodengebundener Astronomie begrenzt das Seeing häufig das praktisch erreichbare Auflösungsvermögen stärker als die Beugungsgrenze des Teleskops.
Durch atmosphärische Turbulenz verursachte zeitlich veränderliche Bildunschärfe und Bildbewegung. Bei bodengebundener Astronomie begrenzt das Seeing häufig das praktisch erreichbare Auflösungsvermögen stärker als die Beugungsgrenze des Teleskops.
Literatur: [S00]
Seidel-Aberrationen
Klassische monochromatische Aberrationen dritter Ordnung: Öffnungsfehler, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung und Verzeichnung. Die Seidel-Theorie liefert qualitative und quantitative Einsichten in die Entstehung dieser Fehler und ihre Abhängigkeit von Feld und Apertur.
Klassische monochromatische Aberrationen dritter Ordnung: Öffnungsfehler, Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung und Verzeichnung. Die Seidel-Theorie liefert qualitative und quantitative Einsichten in die Entstehung dieser Fehler und ihre Abhängigkeit von Feld und Apertur.
Sekundäres Spektrum
Verbleibender Farblängsfehler eines achromatisch korrigierten Systems zwischen beziehungsweise außerhalb der zur Achromatisierung verwendeten Referenzwellenlängen. Anomale Teildispersion und zusätzliche Freiheitsgrade erlauben eine deutliche Verringerung.
Verbleibender Farblängsfehler eines achromatisch korrigierten Systems zwischen beziehungsweise außerhalb der zur Achromatisierung verwendeten Referenzwellenlängen. Anomale Teildispersion und zusätzliche Freiheitsgrade erlauben eine deutliche Verringerung.
Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor (Hartmann-Shack-Sensor)
Wellenfrontsensor, der ein Mikrolinsenarray verwendet, um die Eintrittsapertur in viele Teilaperturen zu zerlegen. Die Verschiebung jedes fokussierten Spots gegenüber einer Referenzposition liefert die lokale Wellenfrontneigung; daraus wird die Wellenfront rekonstruiert.
Wellenfrontsensor, der ein Mikrolinsenarray verwendet, um die Eintrittsapertur in viele Teilaperturen zu zerlegen. Die Verschiebung jedes fokussierten Spots gegenüber einer Referenzposition liefert die lokale Wellenfrontneigung; daraus wird die Wellenfront rekonstruiert.
Formel: ∂W/∂x ≈ Δx / fML, ∂W/∂y ≈ Δy / fML
APQ Bezug: Die Bezeichnungen „Shack-Hartmann“ und „Hartmann-Shack“ werden beide verwendet; in der internationalen Fachliteratur ist „Shack-Hartmann“ häufiger.
Schematisch: Mikrolinsen erzeugen Spots; deren Verschiebungen gegenüber Referenzlagen liefern lokale Wellenfrontneigungen.
Signal-Rausch-Verhältnis
Verhältnis des nutzbaren Signals zur statistischen Streuung aller relevanten Rauschanteile. In der Detektorpraxis tragen unter anderem Photonenrauschen des Signals und Hintergrunds, Dunkelstrom und Ausleserauschen bei.
Verhältnis des nutzbaren Signals zur statistischen Streuung aller relevanten Rauschanteile. In der Detektorpraxis tragen unter anderem Photonenrauschen des Signals und Hintergrunds, Dunkelstrom und Ausleserauschen bei.
Formel: SNR ≈ S / √(S + B + D + R2)
Literatur: [S00]
Spannungsarme Optikfassung
Fassungskonzept, das optische Bauteile sicher hält, ohne durch Montagekräfte, Temperaturänderungen oder unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten unzulässige Spannungen und daraus resultierende Form- oder Brechzahländerungen einzubringen. Kontaktgeometrie, Klemmkraft und Werkstoffpaarung sind Teil der optischen Systemauslegung.
Fassungskonzept, das optische Bauteile sicher hält, ohne durch Montagekräfte, Temperaturänderungen oder unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten unzulässige Spannungen und daraus resultierende Form- oder Brechzahländerungen einzubringen. Kontaktgeometrie, Klemmkraft und Werkstoffpaarung sind Teil der optischen Systemauslegung.
APQ Bezug: Bei großen hochpräzisen APQ Objektiven ist die spannungsarme Lagerung zusammen mit der thermischen Kompensation entscheidend.
Literatur: [Y08]
Spannungsdoppelbrechung
Durch mechanische Spannungen induzierte Doppelbrechung in ursprünglich isotropen transparenten Werkstoffen. Unterschiedliche Hauptspannungen führen über den spannungsoptischen Effekt zu einer Differenz der Brechzahlen und können Polarisation sowie Wellenfront beeinflussen.
Durch mechanische Spannungen induzierte Doppelbrechung in ursprünglich isotropen transparenten Werkstoffen. Unterschiedliche Hauptspannungen führen über den spannungsoptischen Effekt zu einer Differenz der Brechzahlen und können Polarisation sowie Wellenfront beeinflussen.
Formel: Δn = C · (σ1 − σ2)
Spektrale Empfindlichkeit
Wellenlängenabhängige Antwort eines Detektors oder Gesamtsystems auf einfallende Strahlung. Sie umfasst je nach Definition Detektor-Quanteneffizienz, Verstärkung und gegebenenfalls optische Transmission und Filterwirkung und darf nicht mit der reinen Quanteneffizienz gleichgesetzt werden.
Wellenlängenabhängige Antwort eines Detektors oder Gesamtsystems auf einfallende Strahlung. Sie umfasst je nach Definition Detektor-Quanteneffizienz, Verstärkung und gegebenenfalls optische Transmission und Filterwirkung und darf nicht mit der reinen Quanteneffizienz gleichgesetzt werden.
Spektrograph / Spektroskopie
Ein Spektrograph zerlegt Strahlung spektral und bildet das Spektrum auf einen Detektor ab. Spektroskopie bezeichnet die Analyse spektraler Intensitätsverteilungen und Linien; Auflösung, Durchsatz und spektrale Empfindlichkeit werden durch Optik, Spalt beziehungsweise Faser, dispersives Element und Detektor bestimmt.
Ein Spektrograph zerlegt Strahlung spektral und bildet das Spektrum auf einen Detektor ab. Spektroskopie bezeichnet die Analyse spektraler Intensitätsverteilungen und Linien; Auflösung, Durchsatz und spektrale Empfindlichkeit werden durch Optik, Spalt beziehungsweise Faser, dispersives Element und Detektor bestimmt.
Sperrfilter
Optischer Filter, der unerwünschte Spektralbereiche gezielt unterdrückt und den gewünschten Bereich passieren lässt. Bei einem optischen System muss beurteilt werden, ob der Filter lediglich den Detektorbereich begrenzt oder Bestandteil der vorgesehenen spektralen Systemauslegung ist.
Optischer Filter, der unerwünschte Spektralbereiche gezielt unterdrückt und den gewünschten Bereich passieren lässt. Bei einem optischen System muss beurteilt werden, ob der Filter lediglich den Detektorbereich begrenzt oder Bestandteil der vorgesehenen spektralen Systemauslegung ist.
Spotdiagramm
Geometrische Darstellung der Schnittpunkte ausgewählter Strahlen in einer Bildebene. Spotdiagramme zeigen Form und Ausdehnung geometrischer Aberrationen für definierte Feldpunkte und Wellenlängen, enthalten jedoch für sich allein keine vollständige Beugungsinformation.
Geometrische Darstellung der Schnittpunkte ausgewählter Strahlen in einer Bildebene. Spotdiagramme zeigen Form und Ausdehnung geometrischer Aberrationen für definierte Feldpunkte und Wellenlängen, enthalten jedoch für sich allein keine vollständige Beugungsinformation.
Schematisch: Geometrische Strahlschnittpunkte relativ zu einem Referenzkreis. Keine APQ Messdaten.
APQ Bezug: Vergleiche von Spotdiagrammen sind nur sinnvoll, wenn Maßstab, Wellenlängen, Feldwinkel, Gewichtung und Fokusbedingungen vergleichbar sind.
Sterntest
Prüfung eines Teleskops anhand der intra-, extra- und fokalen Beugungsbilder einer Sternquelle. Der Sterntest ist sehr empfindlich gegenüber Aberrationen und Justagefehlern, erfordert für quantitative Aussagen jedoch kontrollierte Bedingungen hinsichtlich Seeing, Wellenlänge, Obstruktion und Defokus.
Prüfung eines Teleskops anhand der intra-, extra- und fokalen Beugungsbilder einer Sternquelle. Der Sterntest ist sehr empfindlich gegenüber Aberrationen und Justagefehlern, erfordert für quantitative Aussagen jedoch kontrollierte Bedingungen hinsichtlich Seeing, Wellenlänge, Obstruktion und Defokus.
APQ Bezug: Ein künstlicher Stern kann den Prüfbetrieb erleichtern, sofern seine endliche Entfernung und Quellengröße ausreichend berücksichtigt werden.
Schematisch: Vergleich intra- und extrafokaler Beugungsbilder beim Sterntest.
Strehl-Zahl
Verhältnis der maximalen Intensität der realen PSF zur maximalen Intensität der idealen, beugungsbegrenzten PSF bei gleicher Gesamtenergie und gleicher Apertur. Der Strehl-Wert ist wellenlängen-, feld- und fokusabhängig; polychromatische Strehl-Werte erfordern zusätzlich eine definierte spektrale Gewichtung.
Verhältnis der maximalen Intensität der realen PSF zur maximalen Intensität der idealen, beugungsbegrenzten PSF bei gleicher Gesamtenergie und gleicher Apertur. Der Strehl-Wert ist wellenlängen-, feld- und fokusabhängig; polychromatische Strehl-Werte erfordern zusätzlich eine definierte spektrale Gewichtung.
Formel: S = Imax,real / Imax,ideal; für kleine Fehler: S ≈ exp[−(2πσW/λ)2]
Streulicht
Unerwünschte Strahlung in der Bildebene, die nicht dem idealen geometrischen Strahlengang des beobachteten Objekts folgt. Ursachen sind unter anderem Oberflächenrauheit, Partikel, Reflexe, Fassungen und unzureichende Abschirmung. Streulicht reduziert besonders bei schwachen Strukturen den Bildkontrast.
Unerwünschte Strahlung in der Bildebene, die nicht dem idealen geometrischen Strahlengang des beobachteten Objekts folgt. Ursachen sind unter anderem Oberflächenrauheit, Partikel, Reflexe, Fassungen und unzureichende Abschirmung. Streulicht reduziert besonders bei schwachen Strukturen den Bildkontrast.
Superachromat
Nach Herzberger und McClure ein weiterentwickeltes achromatisches System, das für vier Farben korrigiert wird. Der Begriff bezeichnet eine chromatische Korrektionsklasse und sagt allein noch nichts über Feldleistung, Öffnungsfehler oder einen sehr breiten UV-bis-NIR-Arbeitsbereich aus.
Nach Herzberger und McClure ein weiterentwickeltes achromatisches System, das für vier Farben korrigiert wird. Der Begriff bezeichnet eine chromatische Korrektionsklasse und sagt allein noch nichts über Feldleistung, Öffnungsfehler oder einen sehr breiten UV-bis-NIR-Arbeitsbereich aus.
Synthese optischer Systeme
Systematische Erzeugung eines optischen Designs aus vorgegebenen Funktionen, Randbedingungen und Qualitätszielen. Sie umfasst Vorrechnung beziehungsweise Startsystem, Auswahl von Struktur und Werkstoffen, Korrektur, numerische Optimierung, Bewertung und anschließende Tolerierung.
Systematische Erzeugung eines optischen Designs aus vorgegebenen Funktionen, Randbedingungen und Qualitätszielen. Sie umfasst Vorrechnung beziehungsweise Startsystem, Auswahl von Struktur und Werkstoffen, Korrektur, numerische Optimierung, Bewertung und anschließende Tolerierung.
APQ Bezug: Die Entwicklung breitbandiger Polychromate ist ein Syntheseproblem, bei dem chromatische, monochromatische und feldabhängige Korrektionsziele gleichzeitig erfüllt werden müssen.
Systemdurchsatz / Throughput
Anteil der einfallenden Strahlungsleistung beziehungsweise Photonen, der nach allen optischen Verlusten den Detektor erreicht. Der spektrale Systemdurchsatz kombiniert Transmissionen, Reflexionsgrade, Filter und gegebenenfalls geometrische Verluste.
Anteil der einfallenden Strahlungsleistung beziehungsweise Photonen, der nach allen optischen Verlusten den Detektor erreicht. Der spektrale Systemdurchsatz kombiniert Transmissionen, Reflexionsgrade, Filter und gegebenenfalls geometrische Verluste.
Formel: τsys(λ) = ∏ Ti(λ) · ∏ Rj(λ)
T
Telezentrie
Eigenschaft eines optischen Systems, bei der die Hauptstrahlen im Objekt- oder Bildraum parallel zur optischen Achse verlaufen. Bildseitige Telezentrie stabilisiert den Einfallswinkel auf Sensoren und Filtern, ist aber nicht für jede astronomische Anwendung erforderlich.
Eigenschaft eines optischen Systems, bei der die Hauptstrahlen im Objekt- oder Bildraum parallel zur optischen Achse verlaufen. Bildseitige Telezentrie stabilisiert den Einfallswinkel auf Sensoren und Filtern, ist aber nicht für jede astronomische Anwendung erforderlich.
Thermischer Ausdehnungskoeffizient
Materialkennwert für die relative Längenänderung bei einer Temperaturänderung. Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Glas, Kristall, Fassung und Tubus beeinflussen Abstände, Klemmkräfte und Fokuslage und sind daher wesentliche Eingangsgrößen einer Athermalisierung.
Materialkennwert für die relative Längenänderung bei einer Temperaturänderung. Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Glas, Kristall, Fassung und Tubus beeinflussen Abstände, Klemmkräfte und Fokuslage und sind daher wesentliche Eingangsgrößen einer Athermalisierung.
Formel: α = (1/L) · dL/dT
Through-Focus RMS
Auswertung eines RMS-basierten Bildgütekriteriums über mehrere Fokuspositionen. Je nach Analyse kann dies beispielsweise RMS-Spotradius oder RMS-Wellenfrontfehler sein; die genaue Definition der verwendeten Größe muss deshalb angegeben werden.
Auswertung eines RMS-basierten Bildgütekriteriums über mehrere Fokuspositionen. Je nach Analyse kann dies beispielsweise RMS-Spotradius oder RMS-Wellenfrontfehler sein; die genaue Definition der verwendeten Größe muss deshalb angegeben werden.
Totalreflexion
Vollständige Reflexion an der Grenzfläche vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium, wenn der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist.
Vollständige Reflexion an der Grenzfläche vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium, wenn der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist.
Formel: sin θc = n₂ / n₁ (n₁ > n₂)
Transmission
Verhältnis der durch ein optisches System oder Element übertragenen zur einfallenden Strahlungsleistung. Die spektrale Transmission T(λ) umfasst Materialabsorption, Reflexionsverluste und gegebenenfalls Filterwirkung.
Verhältnis der durch ein optisches System oder Element übertragenen zur einfallenden Strahlungsleistung. Die spektrale Transmission T(λ) umfasst Materialabsorption, Reflexionsverluste und gegebenenfalls Filterwirkung.
Formel: T(λ) = Pout(λ) / Pin(λ)
Trichromat
Bezeichnung für eine chromatische Korrektionsklasse, bei der drei ausgewählte Farben beziehungsweise Wellenlängen eine gemeinsame paraxiale Fokusbedingung erfüllen. Der Begriff ist vom mechanisch-optischen Aufbau als Dublet, Triplet oder Quadruplet zu unterscheiden.
Bezeichnung für eine chromatische Korrektionsklasse, bei der drei ausgewählte Farben beziehungsweise Wellenlängen eine gemeinsame paraxiale Fokusbedingung erfüllen. Der Begriff ist vom mechanisch-optischen Aufbau als Dublet, Triplet oder Quadruplet zu unterscheiden.
Triplet
In der Astroszene und auch bei Haferkorn verwendete Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus drei optischen Elementen. "Triplet" beschreibt die Elementzahl; ein Triplet ist nicht automatisch ein Apochromat oder Trichromat.
In der Astroszene und auch bei Haferkorn verwendete Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus drei optischen Elementen. "Triplet" beschreibt die Elementzahl; ein Triplet ist nicht automatisch ein Apochromat oder Trichromat.
U
UBVRI-Spektralbereich
Photometrisches Filtersystem aus U (Ultraviolett), B (Blau), V (visuell), R (Rot) und I (nahes Infrarot). In der modernen Praxis werden häufig Johnson-U/B/V mit Cousins-R/I kombiniert. Die effektiven Wellenlängen sind keine universellen Konstanten, sondern hängen von konkreten Passbändern, Detektor und Quellenspektrum ab.
Photometrisches Filtersystem aus U (Ultraviolett), B (Blau), V (visuell), R (Rot) und I (nahes Infrarot). In der modernen Praxis werden häufig Johnson-U/B/V mit Cousins-R/I kombiniert. Die effektiven Wellenlängen sind keine universellen Konstanten, sondern hängen von konkreten Passbändern, Detektor und Quellenspektrum ab.
Schematisch: Lage der UBVRI-Bänder; konkrete Systemkurven und effektive Wellenlängen sind detektor- und quellenabhängig.
Unvignettierter Bildkreis
Kreisförmiger Bereich in der Bildebene, innerhalb dessen keine geometrische Abschattung durch Fassungen, Blenden oder nachfolgende Bauteile auftritt. Ein unvignettierter Bildkreis garantiert noch nicht automatisch gleichmäßige Beleuchtung oder konstante Bildqualität.
Kreisförmiger Bereich in der Bildebene, innerhalb dessen keine geometrische Abschattung durch Fassungen, Blenden oder nachfolgende Bauteile auftritt. Ein unvignettierter Bildkreis garantiert noch nicht automatisch gleichmäßige Beleuchtung oder konstante Bildqualität.
V
Vergrößerung
Bei visueller astronomischer Beobachtung das Verhältnis der Brennweite des Teleskops zur Brennweite des Okulars. Die nutzbare Vergrößerung wird zusätzlich durch Öffnung, Seeing, Kontrast und Beobachtungsobjekt bestimmt.
Bei visueller astronomischer Beobachtung das Verhältnis der Brennweite des Teleskops zur Brennweite des Okulars. Die nutzbare Vergrößerung wird zusätzlich durch Öffnung, Seeing, Kontrast und Beobachtungsobjekt bestimmt.
Formel: V = fTeleskop / fOkular
Literatur: [S00]
Verzeichnung
Feldabhängige Änderung des Abbildungsmaßstabs, bei der Geraden oder geometrische Proportionen im Bild verformt erscheinen. Verzeichnung beeinflusst die geometrische Lage, nicht primär die lokale Punktschärfe.
Feldabhängige Änderung des Abbildungsmaßstabs, bei der Geraden oder geometrische Proportionen im Bild verformt erscheinen. Verzeichnung beeinflusst die geometrische Lage, nicht primär die lokale Punktschärfe.
Vignettierung
Feldabhängige Verringerung der Lichtmenge durch geometrische Abschattung oder durch die natürliche Winkelabhängigkeit eines Abbildungssystems. Zwischen mechanischer Vignettierung und natürlichem Helligkeitsabfall ist zu unterscheiden.
Feldabhängige Verringerung der Lichtmenge durch geometrische Abschattung oder durch die natürliche Winkelabhängigkeit eines Abbildungssystems. Zwischen mechanischer Vignettierung und natürlichem Helligkeitsabfall ist zu unterscheiden.
W
Wavefront-Shearing-Interferometrie
Interferometrisches Verfahren, bei dem eine Wellenfront mit einer räumlich verschobenen oder verkippten Kopie ihrer selbst überlagert wird. Die resultierenden Interferenzstreifen enthalten vor allem Information über lokale Wellenfrontgradienten.
Interferometrisches Verfahren, bei dem eine Wellenfront mit einer räumlich verschobenen oder verkippten Kopie ihrer selbst überlagert wird. Die resultierenden Interferenzstreifen enthalten vor allem Information über lokale Wellenfrontgradienten.
Weitfeldsystem
Optisches System, das für hohe Abbildungsqualität über einen vergleichsweise großen Feldwinkel oder Bildkreis ausgelegt ist. Mit wachsendem Feld gewinnen Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung, Verzeichnung, laterale Farbe und Vignettierung an Bedeutung.
Optisches System, das für hohe Abbildungsqualität über einen vergleichsweise großen Feldwinkel oder Bildkreis ausgelegt ist. Mit wachsendem Feld gewinnen Koma, Astigmatismus, Bildfeldwölbung, Verzeichnung, laterale Farbe und Vignettierung an Bedeutung.
APQ Bezug: Bei APQ Wide-Field Polychromaten werden großes Feld und breiter Spektralbereich als gemeinsame Systemanforderung betrachtet.
Wellenfront
Fläche gleicher Phase einer optischen Welle. Für einen idealen Punktfokus ist die konvergierende Wellenfront sphärisch; Abweichungen von der idealen Referenzwellenfront beschreiben die Aberrationen des Systems.
Fläche gleicher Phase einer optischen Welle. Für einen idealen Punktfokus ist die konvergierende Wellenfront sphärisch; Abweichungen von der idealen Referenzwellenfront beschreiben die Aberrationen des Systems.
Wellenfrontfehler
Differenz zwischen realer und idealer Referenzwellenfront. Er kann als ortsabhängige Funktion, RMS-Wert oder Peak-to-Valley-Wert angegeben werden. Eine seriöse Angabe nennt Wellenlänge, Apertur, Mess-/Rechenbedingungen und gegebenenfalls abgezogene Terme.
Differenz zwischen realer und idealer Referenzwellenfront. Er kann als ortsabhängige Funktion, RMS-Wert oder Peak-to-Valley-Wert angegeben werden. Eine seriöse Angabe nennt Wellenlänge, Apertur, Mess-/Rechenbedingungen und gegebenenfalls abgezogene Terme.
Formel: PV = Wmax − Wmin
Wellenfrontrekonstruktion
Mathematische Bestimmung einer räumlichen Wellenfront aus gemessenen lokalen Steigungen, Phasen- oder Intensitätsdaten. Beim Shack-Hartmann-Sensor werden beispielsweise die aus Spotverschiebungen gewonnenen Gradienten integriert oder auf eine Basis wie Zernike-Polynome angepasst.
Mathematische Bestimmung einer räumlichen Wellenfront aus gemessenen lokalen Steigungen, Phasen- oder Intensitätsdaten. Beim Shack-Hartmann-Sensor werden beispielsweise die aus Spotverschiebungen gewonnenen Gradienten integriert oder auf eine Basis wie Zernike-Polynome angepasst.
Wellenoptik
Beschreibung optischer Erscheinungen mit der Wellennatur des Lichts. Sie umfasst insbesondere Interferenz, Beugung, Kohärenz und Polarisation und ergänzt die geometrische Optik dort, wo reine Strahlmodelle nicht ausreichen.
Beschreibung optischer Erscheinungen mit der Wellennatur des Lichts. Sie umfasst insbesondere Interferenz, Beugung, Kohärenz und Polarisation und ergänzt die geometrische Optik dort, wo reine Strahlmodelle nicht ausreichen.
Z
Öffnungsfehler
Deutsche Bezeichnung für die sphärische Aberration: Rand- und achsnahe Strahlen besitzen unterschiedliche Schnittweiten, obwohl sie vom selben axialen Objektpunkt ausgehen. Der Fehler ist von der Apertur und von der Form der optischen Flächen abhängig.
Deutsche Bezeichnung für die sphärische Aberration: Rand- und achsnahe Strahlen besitzen unterschiedliche Schnittweiten, obwohl sie vom selben axialen Objektpunkt ausgehen. Der Fehler ist von der Apertur und von der Form der optischen Flächen abhängig.
Öffnungsverhältnis
Verhältnis von Brennweite f zur wirksamen freien Öffnung D. Eine kleinere Zahl bedeutet ein "schnelleres" System mit größerem Strahlenwinkel und höheren Anforderungen an die Aberrationskorrektur.
Verhältnis von Brennweite f zur wirksamen freien Öffnung D. Eine kleinere Zahl bedeutet ein "schnelleres" System mit größerem Strahlenwinkel und höheren Anforderungen an die Aberrationskorrektur.
Formel: N = f / D
Ölfügung
Kopplung benachbarter Linsenflächen durch eine dünne optische Flüssigkeitsschicht. Dadurch können Reflexionen an den inneren Grenzflächen stark reduziert und konstruktive Freiheitsgrade genutzt werden; Materialverträglichkeit, Langzeitstabilität und thermomechanisches Verhalten sind Teil der Auslegung.
Kopplung benachbarter Linsenflächen durch eine dünne optische Flüssigkeitsschicht. Dadurch können Reflexionen an den inneren Grenzflächen stark reduziert und konstruktive Freiheitsgrade genutzt werden; Materialverträglichkeit, Langzeitstabilität und thermomechanisches Verhalten sind Teil der Auslegung.
APQ Bezug: Die Ölfügung ist ein charakteristisches Konstruktionsmerkmal verschiedener hochwertiger APQ Objektivdesigns.
Zentralabschattung
Zentrale Blockierung der Eintrittsapertur, typischerweise durch Sekundärspiegel und Halterung bei reflektierenden Teleskopsystemen. Sie verändert die Beugungsverteilung und damit PSF und MTF, auch wenn der Außendurchmesser der Apertur unverändert bleibt.
Zentrale Blockierung der Eintrittsapertur, typischerweise durch Sekundärspiegel und Halterung bei reflektierenden Teleskopsystemen. Sie verändert die Beugungsverteilung und damit PSF und MTF, auch wenn der Außendurchmesser der Apertur unverändert bleibt.
Formel: ε = d/D; freie Flächenfraktion = 1 − ε2
APQ Bezug: Refraktive APQ Objektive besitzen keine zentrale Sekundärspiegelabschattung; Vergleiche mit Spiegelsystemen sollten diesen Unterschied berücksichtigen.
Schematisch: Ringförmige freie Apertur mit zentraler Abschattung d innerhalb des Außendurchmessers D.
Zentrierfehler
Abweichung optischer Flächen oder Elemente von der vorgesehenen gemeinsamen Bezugsachse. Dezentration und Verkippung können asymmetrische Aberrationen, insbesondere Koma und Astigmatismus, erzeugen. Zentrierfehler sind deshalb sowohl Fertigungs- als auch Montage- und Justagegrößen.
Abweichung optischer Flächen oder Elemente von der vorgesehenen gemeinsamen Bezugsachse. Dezentration und Verkippung können asymmetrische Aberrationen, insbesondere Koma und Astigmatismus, erzeugen. Zentrierfehler sind deshalb sowohl Fertigungs- als auch Montage- und Justagegrößen.
Zentrierung
Lagegenaue Ausrichtung optischer Flächen und Elemente relativ zu einer Bezugsachse. Dezentrierung und Verkippung können asymmetrische Aberrationen erzeugen und die berechnete Abbildungsleistung eines hochwertigen Objektivs deutlich verschlechtern.
Lagegenaue Ausrichtung optischer Flächen und Elemente relativ zu einer Bezugsachse. Dezentrierung und Verkippung können asymmetrische Aberrationen erzeugen und die berechnete Abbildungsleistung eines hochwertigen Objektivs deutlich verschlechtern.
Zernike-Polynome
Orthogonale Polynomfunktionen auf der Einheitskreisscheibe, die zur Beschreibung von Wellenfrontfehlern über einer kreisförmigen Pupille verwendet werden. Einzelne Moden lassen sich bekannten Fehlerbildern wie Defokus, Astigmatismus oder Koma zuordnen; die Nummerierungskonvention muss angegeben werden.
Orthogonale Polynomfunktionen auf der Einheitskreisscheibe, die zur Beschreibung von Wellenfrontfehlern über einer kreisförmigen Pupille verwendet werden. Einzelne Moden lassen sich bekannten Fehlerbildern wie Defokus, Astigmatismus oder Koma zuordnen; die Nummerierungskonvention muss angegeben werden.
Formel: W(ρ,φ) = ∑ aj Zj(ρ,φ)
Schematisch: Beispiele typischer Zernike-Fehlerformen; die Darstellung ist keine quantitative Wellenfrontkarte.
Zonenfehler
Rotationssymmetrischer Oberflächen- oder Wellenfrontfehler, der nur bestimmte radiale Zonen der Apertur betrifft. Zonenfehler können als lokale Beiträge zum Öffnungsfehler auftreten und sind mit zonenauflösenden Prüfverfahren sichtbar.
Rotationssymmetrischer Oberflächen- oder Wellenfrontfehler, der nur bestimmte radiale Zonen der Apertur betrifft. Zonenfehler können als lokale Beiträge zum Öffnungsfehler auftreten und sind mit zonenauflösenden Prüfverfahren sichtbar.
Literatur und weiterführende Quellen
- [H81] Haferkorn, Heinz: Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. Harri Deutsch, Thun/Frankfurt am Main, 1981, ISBN 3-87144-570-3.
- [H67] Haferkorn, Heinz: Untersuchungen zur Glasauswahl und zur Vorrechnung bei Triplets. Dissertation, Technische Hochschule Ilmenau, 1967.
- [H86] Haferkorn, Heinz: Bewertung optischer Systeme. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1986.
- [HM63] Herzberger, Max; McClure, Nancy R.: "The Design of Superachromatic Lenses". Applied Optics 2 (6), 553–560, 1963. DOI: 10.1364/AO.2.000553.
- [KJ10] Kingslake, Rudolf; Johnson, R. Barry: Lens Design Fundamentals. 2. Auflage, Academic Press/Elsevier, 2010.
- [S00] Schroeder, Daniel J.: Astronomical Optics. 2. Auflage, Academic Press, 2000, ISBN 0-12-629810-6.
- [M07] Malacara, Daniel (Hrsg.): Optical Shop Testing. 3. Auflage, Wiley, 2007, ISBN 978-0-471-48404-2.
- [BW99] Born, Max; Wolf, Emil: Principles of Optics. 7., erweiterte Auflage, Cambridge University Press, 1999.
- [WS08] Smith, Warren J.: Modern Optical Engineering. 4. Auflage, McGraw-Hill, 2008.
- [B90] Bessell, M. S.: "UBVRI passbands". Publications of the Astronomical Society of the Pacific 102, 1181–1199, 1990. DOI: 10.1086/132749.
- [Sch17] Schubert, Ingo: Wissensspeicher Feinoptik 17.4. Saale Betreuungswerk der Lebenshilfe Jena gGmbH, Jena, 2017. ISBN 978-3-00-046972-5.
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Die Literaturhinweise sind bewusst auf Standardwerke und grundlegende Originalarbeiten konzentriert. Sie kennzeichnen geeignete fachliche Vertiefung; einzelne Definitionen können zusätzlich auf allgemein anerkannten Grundlagen der geometrischen und physikalischen Optik beruhen.