DIN 1335-2003 Geometrical optics - Nomenclature and definitions《几何光学 命名和定义》.pdf

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1、DEUTSCHE NORM Dezember 2003Geometrische OptikBezeichnungen und Definitionen1335ICS 01.040.37; 37.040.01Geometrical optics Nomenclature and definitionsOptique gometrique Nomenclature et dfinitionsErsatz frDIN 1335:1983-06VorwortDiese Norm wurde vom Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO), Arbe

2、itsausschuss O2Grundnormen fr die Optik erstellt.nderungenGegenber DIN 1335:1983-06 wurden folgende nderungen vorgenommen:a) Der Bezug auf die Fotografie ist entfallen. Die neuen Formulierungen gelten fr die Optik allgemein.Titel der Norm entsprechend verallgemeinert;b) die neuen Begriffe und Symbol

3、e beziehen sich auf Objekt- und Bildraum optischer Systeme; solcheinnerhalb optischer Systeme sind unterdrckt.Frhere AusgabenDIN 1335: 1933-12, 1958-05, 1975-07, 1983-06.Fortsetzung Seite 2 bis 13Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. DIN Deutsches

4、Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN 1335:2003-12nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Preisgr. 10 Vertr.-Nr. 0010Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinNormCD Stand 2004-03DIN 133

5、5:2003-122InhaltSeiteVorwort . 11 Anwendungsbereich 32 Normative Verweisungen. 33 Allgemeines. 33.1 Koordinatensysteme, Lichtrichtung . 33.2 Punkte 33.3 Strecken. 33.4 Winkel und andere Verhltnisgren . 33.5 Gren im Objekt- und Bildraum 44 Beschreibung des optischen Systems. 44.1 Charakterisierung al

6、s black box 44.2 Objektraum, Bildraum 44.3 Lage der Koordinatensysteme 44.4 Schnittweiten 55 Objekt-Bild-Beziehungen. 55.1 (Lateraler) Abbildungsmastab G62 55.2 Tiefenabbildungsmastab G61 55.3 Winkelverhltnis G67 55.4 Vergrerung G47 .56 Kardinalelemente 66.1 Brennpunkte 66.1.1 Objektseitiger Brennpu

7、nkt F . 66.1.2 Bildseitiger Brennpunkt F. 66.2 Hauptpunkte H, H; Hauptebenen 66.3 Objekt- und bildseitige Brennweite 76.3.1 Objektseitige Brennweite f. 76.3.2 Bildseitige Brennweite f. 76.4 Knotenpunkte K, K. 76.5 Interstitium i 77 Strahlenbegrenzung . 77.1 Aperturblenden, Feldblenden 77.2 Pupillen

8、und Luken. 77.3 Begrenzende Strahlen und deren Kennzeichnung . 87.4 Kenngren fr die Strahlenbegrenzung. 97.4.1 Apertur. 97.4.2 Feld(begrenzung) 108 Koordinatensysteme fr Abbildungsgleichungen 108.1 Allgemeines. 108.2 Koordinatenursprnge in den Hauptpunkten 108.3 Koordinatenursprnge in den Brennpunkt

9、en 10Anhang A (normativ) Zusammenstellung der in dieser Norm angegebenen Formelzeichenund Kurzzeichen . 12NormCD Stand 2004-03DIN 1335:2003-1231 AnwendungsbereichDiese Norm legt Begriffe und Symbole fr die Kennzeichnung der durch optische Systeme erzeugtenAbbildungen im Objekt- und Bildraum fest. Si

10、e gilt auch fr ungleiche Medien im Objekt- und Bildraum. FrSpiegelsysteme und nicht-rotationssymmetrische Systeme sind gesonderte Vereinbarungen erforderlich.Diese knnen vom Anwender durch sinngeme Erweiterungen vorgenommen werden. Aberrationenwerden ebenfalls nicht behandelt.Die hier angegebenen Be

11、nennungen und Formelzeichen beziehen sich auf das optische System imengeren Sinn. Die Ausfhrung der jeweiligen mechanischen Fassung bleibt unbercksichtigt bis auf dieSpezifikation des Anlage-(bzw. Auflage-)maes.ANMERKUNG Eine Zusammenstellung der in dieser Norm angegebenen Formelzeichen und Kurzzeic

12、hen findetsich in Anhang A.2 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen.Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweis

13、ungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungendieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitet sind.Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschlielichnderungen).DIN 1315:1982-08, Winkel, Begriffe,

14、 Einheiten.3 Allgemeines3.1 Koordinatensysteme, LichtrichtungAls Koordinatensysteme werden orthonormierte Rechtssysteme verwendet. Die Richtung der Lichtaus-breitung falle mit der positiven z-Achse zusammen, welche gleichzeitig die Symmetrieachse (optischeAchse) des Systems darstellt, und verlaufe v

15、or einer etwaigen Reflexion vereinbarungsgem immer vonlinks nach rechts (ursprngliche Lichtrichtung).3.2 PunktePunkte werden durch senkrechte lateinische Grobuchstaben gekennzeichnet.3.3 StreckenStrecken werden durch kursive lateinische Kleinbuchstaben gekennzeichnet oder alternativ mit Anfangs-und

16、Endpunkt. Beispiel: AB ist die gerichtete Strecke von A nach B.In Zeichnungen werden Strecken mit Richtungspfeilen (einseitigen Pfeilen) gekennzeichnet.3.4 Winkel und andere VerhltnisgrenDiese werden vorzugsweise durch kursive griechische Kleinbuchstaben gekennzeichnet.Zur Festlegung des Vorzeichens

17、 eines Winkels muss ein Bezugsschenkel festgelegt werden. Dieser ist frStrahlen, welche die optische Achse schneiden, die optische Achse.NormCD Stand 2004-03DIN 1335:2003-124In Zeichnungen werden Winkel durch Bogenstcke mit Richtungspfeilen dargestellt. Winkel, bei denenBezugsschenkel und Gegenschen

18、kel einander auf krzestem Wege im positiven Drehsinn (nachDIN 1315:1982: entgegen dem des Uhrzeigers) folgen, sind positiv.3.5 Gren im Objekt- und BildraumKorrespondierende Gren im Objekt- und Bildraum werden mit identischen Zeichen versehen, im Objekt-raum ohne, im Bildraum mit hochgestelltem Stric

19、h.4 Beschreibung des optischen Systems4.1 Charakterisierung als black boxDas optische System wird im Sinne von Messverfahren und von Spezifikationen als eine black box aufge-fasst. Es ist gekennzeichnet durch den ersten und den letzten Scheitel (S, S oder alternativ S1, SN), derenAbstand d, die frei

20、en Durchmesser 2h und 2h sowie durch die Brechzahlen n bzw. n in den reellen Teilenvon Objekt- bzw. Bildraum. Weitere Konstruktionsdaten bleiben hier unbercksichtigt.ANMERKUNG Sinngeme Erweiterungen zur Systembeschreibung knnen vom Anwender vorgenommen werden.4.2 Objektraum, BildraumAls Objektraum g

21、ilt der gesamte geometrische Raum vor der Abbildung an dem betrachteten System, alsBildraum der gesamte geometrische Raum nach der Abbildung an dem betrachteten optischen System.Objekt- und Bildraum knnen sich also jeweils von -Ga5 bis +Ga5 ausdehnen und sich dabei vollstndig ber-lappen. Dies hat zu

22、r Konsequenz, dass sowohl reelle als auch virtuelle Bilder und Objekte betrachtetwerden.Reelle Bilder sind real vorhanden und knnen durch einen Bildschirm aufgefangen werden. Ein reellerBildpunkt ist durch den Schnittpunkt (Vergenzpunkt) eines konvergenten homozentrischen Bildstrahlen-bndels gegeben

23、.Virtuelle Bilder sind nur scheinbar vorhanden, sie knnen nicht durch einen Bildschirm lokalisiert werden.Es existiert kein reeller Schnittpunkt des entsprechenden homozentrischen Bildstrahlenbndels, sondern esschneiden sich die rckwrtigen Verlngerungen der Strahlen (Vergenzpunkt).Reelle Objekte wer

24、den durch divergente homozentrische Objektstrahlenbndel definiert.Virtuelle Objekte treten bei Abbildungen durch mehrstufige optische Systeme in Gestalt von Zwischen-bildern auf, wenn homozentrische Bildstrahlenbndel einer vorgelagerten Abbildungsstufe konvergent aufdie nachfolgende Stufe treffen. D

25、ie Vergenzpunkte dieser konvergenten Bildstrahlenbndel (1. Stufe) stel-len in Bezug auf die 2. Stufe virtuelle Objektpunkte dar.4.3 Lage der KoordinatensystemeIn Objekt- und Bildraum werden kartesische Koordinatensysteme vereinbart, bei denen die z-Achse mit deroptischen Achse zusammenfllt und die u

26、rsprngliche Lichtrichtung in positive z-Richtung zeigt.Als Nullpunkt im Objektraum wird der erste Linsenscheitel gewhlt, als Nullpunkt im Bildraum der letzteLinsenscheitel (Ausnahmen siehe Abschnitt 8). Die x- und x-Achsen sowie die y- und y-Achsen verlaufen inder Regel jeweils parallel zueinander.

27、Im Bildraum erhalten die Koordinatenachsen einen hochgestelltenStrich. Speziell ist die y-z-Ebene die Meridionalebene, in der Objektpunkte liegen, die y-z-Ebene die Meri-dionalebene im Bildraum, in der Bildpunkte liegen.Zeichnerische Darstellungen werden blicherweise auf den Meridionalschnitt beschr

28、nkt.NormCD Stand 2004-03DIN 1335:2003-1254.4 SchnittweitenSchnittweiten sind Strecken, die auf die Scheitel bezogen sind.5 Objekt-Bild-Beziehungen5.1 (Lateraler) Abbildungsmastab G62Verhltnis von Bildgre y zu Objektgre yyyG3dGa2G62 (1)G62 ist die inverse Gre, also das Verhltnis von Objektgre y zu Bi

29、ldgre y.yyGa2G3dGa2G3dG62G621(2)5.2 Tiefenabbildungsmastab G61Verhltnis einer Streckennderung dz im Bildraum zu der entsprechenden Streckennderung dz im Objekt-raumzzdd Ga2G3dGa2G61 (3)5.3 Winkelverhltnis G67Verhltnis der Winkel, welche von zwei konjugierten Strahlen mit der optischen Achse gebildet

30、 werdenG73G73G67Ga2G3dGa2 (4)5.4 Vergrerung G47 Verhltnis des Tangens des Sehwinkels mit Instrument G77 zum Tangens des Sehwinkels ohne InstrumentG77. Dabei wird der Tangens des Sehwinkels ohne Instrument bei Instrumenten, die zum Nahgebrauch be-stimmt sind (Lupe, Mikroskop), auf die Bezugsweite 250

31、 mm bezogen.G77G77G47tantan G3d (5)NormCD Stand 2004-03DIN 1335:2003-1266 Kardinalelemente6.1 Brennpunkte6.1.1 Objektseitiger Brennpunkt FDerjenige axiale Objektpunkt, dessen Bild im Unendlichen liegt. Zur Kennzeichnung der Lage des objekt-seitigen Brennpunktes dient die objektseitige Schnittweite s

32、F(siehe Bild 1).6.1.2 Bildseitiger Brennpunkt FDerjenige axiale Bildpunkt, der zum unendlich entfernten axialen Objektpunkt konjugiert ist.Zur Kennzeichnung der Lage des bildseitigen Brennpunktes dient die bildseitige Schnittweite sF(sieheBild 1).(Mastblich fr n = 1, nGG3e n, n und n = 4/3.)Bild 1 L

33、age der Kardinalelemente6.2 Hauptpunkte H, H; HauptebenenH, H ist dasjenige konjugierte Ebenenpaar, fr welches der Abbildungsmastab G62 = + 1 ist.Die Durchstopunkte der optischen Achse durch die Hauptebenen sind die Hauptpunkte. Es istH der objektseitige Hauptpunkt;H der bildseitige Hauptpunkt.Zur K

34、ennzeichnung der Lagen der Hauptpunkte dienen die Schnittweiten sHbzw. sH(siehe Bild 1).NormCD Stand 2004-03DIN 1335:2003-1276.3 Objekt- und bildseitige Brennweite6.3.1 Objektseitige Brennweite fDie objektseitige Brennweite f ist die gerichtete Strecke HF (siehe Bild 1).6.3.2 Bildseitige Brennweite

35、fDie bildseitige Brennweite f ist die gerichtete Strecke HF (siehe Bild 1).ANMERKUNG Fr gleiche Brechzahlen n = n ist f = -f .6.4 Knotenpunkte K, KK, K ist dasjenige konjugierte axiale Punktepaar, fr welches das Winkelverhltnis G67 = + 1 ist. Es istK der objektseitige Knotenpunkt;K der bildseitige K

36、notenpunkt.Zur Kennzeichnung der Lage der Knotenpunkte dienen die Schnittweiten sKbzw. sK(siehe Bild 1).6.5 Interstitium iInterstitium i ist die gerichtete Strecke HH (= KK).i = HH = KK7 Strahlenbegrenzung7.1 Aperturblenden, FeldblendenAperturblende ist diejenige krperliche Begrenzung, welche fr axi

37、ale Objektpunkte die Ausdehnung derStrahlenkegel bestimmt. Die Aperturblende wird hier als Bestandteil des optischen Systems aufgefasst,was in Realitt nicht immer zuzutreffen braucht.Feldblende ist diejenige begrenzende ffnung, welche in der Objektebene oder einer dazu konjugiertenEbene liegt und di

38、e Ausdehnung des bei der Abbildung nutzbaren Objekt- bzw. Bildfeldes bestimmt.ANMERKUNG Vignettierende ffnungen sind von diesen Lagen abweichende begrenzende ffnungen.7.2 Pupillen und LukenDie Aperturblende erscheint einem im reellen Objektraum angenommenen Betrachter als EintrittspupilleEP: Entwede

39、r als deren von dem System (oder Teilen davon) erzeugtes Bild oder in der Gestalt derAperturblende selbst, wenn diese sich vor dem abbildenden System befindet.Entsprechend ist die Austrittspupille AP das vom reellen Bildraum aus wahrgenommene Bild der Apertur-blende bzw. mit dieser identisch, falls

40、diese sich hinter dem abbildenden System befindet.Die Achspunkte von EP und AP sind die Punkte P bzw. P. (P und/oder P knnen virtuelle Punkte sein unddamit (in Lichtrichtung) hinter S bzw. S liegen.) Zur Kennzeichnung der Lage der Pupillen dienen dieSchnittweiten sEPbzw. sAP(siehe Bild 2).NormCD Sta

41、nd 2004-03DIN 1335:2003-128Die Feldblende erscheint einem im reellen Objektraum angenommenen Betrachter als Eintrittsluke: Ent-weder als deren von dem System (oder Teilen davon) erzeugtes Bild oder in Gestalt der Feldblende selbst,wenn diese sich vor dem abbildenden System befindet.Entsprechend ist

42、die Austrittsluke das vom reellen Bildraum aus wahrgenommene Bild der Feldblende bzw.mit dieser identisch, falls diese sich hinter dem abbildenden System befindet.Zur Kennzeichnung der Lage der Luken dienen die Objektschnittweite s bzw. die Bildschnittweite s (sieheBild 2).ANMERKUNG Die Aussagen vor

43、 und hinter sind auf die Lichtrichtung bezogen.7.3 Begrenzende Strahlen und deren KennzeichnungRandstrahlen sind diejenigen Strahlen eines Bndels, welche von der Mitte der Luken zu den Rndern derPupillen verlaufen. Sie werden durch die betragsmig grten ffnungswinkel G73maxbzw. G73max(sieheBild 2) ge

44、kennzeichnet.Hauptstrahl ist derjenige Strahl eines Bndels, welcher objektseitig durch die Mitte der Eintrittspupille unddaher bildseitig durch die Mitte der Austrittspupille verluft. Hauptstrahlen, welche durch die Rnder derEintrittsluke bzw. Austrittsluke verlaufen, bilden mit der Symmetrieachse d

45、es Systems die Feldwinkel G77maxbzw. G77max(siehe Bild 2).Falls eine Feldblende im Sinne von 7.1 nicht existiert, sind die maximalen Neigungen der Hauptstrahlen(und damit der Feldwinkel) durch vignettierende ffnungen bestimmt, welche dann ersatzweise alsFeldblenden wirken.Bild 2 Beispiel zur Strahle

46、nbegrenzungBild 2 zeigt die Strahlenbegrenzung eines typischen Retrofokus-Systems. P und P sind hier virtuellePunkte. Reelle Strahlen sind durchgezogen, virtuelle Strahlen gestrichelt gezeichnet. In diesem Beispielsind laut Winkeldefinition (siehe 3.4) G77maxund G77maxnegativ.NormCD Stand 2004-03DIN

47、 1335:2003-129Durch die unterschiedlichen Lagen von Luken (Objekt, Bild) und Pupillen ergibt sich formal eine Klassi-fikation optischer Systeme, welche in Tabelle 1 dargestellt ist.Tabelle 1 Mgliche Zuordnungen von Objekt-, Bild- und Pupillenlagenzu mglichen AbbildungsaufgabenNr. s sEPs sAPf Beispie

48、lhafte Anwendung Kennzeichnung durch1 Ga5 e e e e Fotoobjektiv k, y2 Ga5 eeGa5 e Farb-Fernsehobjektiv3 e e e e e Reproduktions-Objektiv G62, NA, G774eeeGa5 e Endoskopobjektiv NA, y5eeGa5 e e Kollimator-Objektiv dAP, ggfs. G776eGa5 e e e telezentrisches Messobjektiv y, NA7eGa5Ga5e e Mikroskopobjektiv

49、 (mit Tubuslnge Ga5) G62 (mit Tubuslinse), NA8 Ga5 e Ga5 e Ga5 Fernrohr G47, dEP, ggfs. G779eGa5 e Ga5Ga5Umkehrsystem G62, NA, yANMERKUNG: Der Buchstabe e kennzeichnet den endlichen Abstand der jeweiligen Gre von dem optischen System.7.4 Kenngren fr die Strahlenbegrenzung7.4.1 AperturDie ffnungen von Strahlenbndeln optischer Systeme werden in unterschied