- Hauptebene (Optik)
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Die Hauptebene ist ein Konzept in der paraxialen Optik, das es erlaubt, den Strahlengang bei Durchgang durch ein optisches System vereinfacht darzustellen. Die mehrfache Brechung an den Grenzflächen wird ersetzt durch die Brechung an einem äquivalenten Ort, eben der Hauptebene.
Am einfachsten sind die Verhältnisse bei einer symmetrischen bikonvexen (oder bikonkaven) Linse
Brechung an den Grenzflächen...
…vereinfacht als Brechung an der Hauptebene (rot).Beschreibung
Bei einer asymmetrischen dicken Linse und bei Systemen aus mehreren Linsen oder Spiegeln müssen im Allgemeinen zwei Hauptebenen eingeführt werden:
Verlauf von Brennpunktstrahl und Parallelstrahl
Wenn ein Strahl im Objektraum, d. h. vor dem System, parallel zur optischen Achse ist, dann wird er scheinbar an der bildseitigen Hauptebene gebrochen und geht von dort im Bildraum durch den bildseitigen Brennpunkt (blauer Strahl im Bild). Entsprechend wird ein Strahl, der durch den objektseitigen Brennpunkt geht, scheinbar an der objektseitigen Hauptebene gebrochen und ist im Bildraum achsparallel (oranger Strahl). Entsprechend kann die Brechung beliebiger Strahlen beim Durchgang durch das System durch die Brechung an dessen Hauptebenen dargestellt werden. Ein Strahl im Objektraum geht zur objektseitigen Hauptebene, von dort achsparallel zur bildseitigen Hauptebene, und von dort im Bildraum weiter, und entsprechend umgekehrt.
Je nach Linsensystem kann die bildseitige Hauptebene auch „vor“ der objektseitigen liegen.
Die Schnittpunkte der Hauptebenen mit der optischen Achse sind die Hauptpunkte, die mit H (objektseitiger) und H' (bildseitiger Hauptpunkt) bezeichnet werden. Wenn die Brechzahlen der Medien vor der ersten und nach der letzten Fläche des Systems gleich sind, dann fallen die Knotenpunkte K, K' mit den entsprechenden Hauptpunkten zusammen. Ein Strahl, der im Objektraum auf K zielt, geht im Bildraum, also nach dem Durchgang durch das System, von K' aus, wobei Objekt- und Bildraumstrahl parallel sind.
Nur bei einer symmetrischen Linse, einer dünnen Linse oder einem Spiegel fallen die beiden Hauptebenen zusammen und befinden sich am Ort der Linse bzw. des Spiegels.
Wenn der Bereich der paraxialen Optik verlassen wird, d. h., wenn der Achsabstand der Strahlen eine Rolle spielt, werden die Verhältnisse auch durch die sphärischen Aberration beeinflusst.
Afokale Systeme haben keine Hauptebenen bzw. diese liegen im Unendlichen.
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