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 70 Begriffe. Neben kompakten Definitionen werden dort, wo es fachlich sinnvoll ist, Formeln, schematische Darstellungen, Querverweise und Literaturhinweise angegeben.
Terminologie: Die Elementzahl eines Objektivs wird mit den in der Astroszene gebräuchlichen Begriffen Doublet, Triplet und Quadruplet bezeichnet. Davon getrennt stehen chromatische Korrektionsklassen wie 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 | I | K | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | Z | Literatur
A
Abbe-Zahl
Die Abbe-Zahl (auch Abbe-Konstante oder Konstringenz) kennzeichnet die Dispersion eines transparenten optischen Werkstoffs. 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. Je größer die Abbe-Zahl, desto geringer ist bei vergleichbarer Brechzahl im Allgemeinen die Farbzerstreuung im sichtbaren Bereich.
Formel: Vd = (nd − 1) / (nF − nC)
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.
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)
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.
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.
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.
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
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]
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.
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.
D
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.
Doublet
In der Astroszene gebräuchliche Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus zwei optischen Elementen. "Doublet" beschreibt ausschließlich die Elementzahl; daraus folgt noch keine bestimmte chromatische Korrektionsklasse.
In der Astroszene gebräuchliche Bezeichnung für ein Objektiv oder eine Linsengruppe aus zwei optischen Elementen. "Doublet" beschreibt ausschließlich die Elementzahl; daraus folgt noch keine bestimmte chromatische Korrektionsklasse.
Literatur: [KJ10]
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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)]
I
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.
K
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.
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.
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]
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]
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.
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)
O
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.
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
P
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.
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.
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
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]
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]
R
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 = sqrt[(1/A) ∫A (W − W̄)2 dA]
S
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]
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.
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 / sqrt(S + B + D + R2)
Literatur: [S00]
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.
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]
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.
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.
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.
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 Doublet, 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 Doublet, 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
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
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.
Z
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.
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.
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.