linsen und auflösung apertur-blende, linsen und strahlen bei diesem thema trifft die wellen- die...
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Linsen und Auflösung
Apertur-Blende, Linsen und Strahlen
Bei diesem Thema trifft die Wellen- die Strahlenoptik
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Inhalt
• Auflösung eines optischen Instruments
• Auflösung bei der Abbildung eines Gitters
Optische Instrumente sind
„Trichter“ für Lichtwellen
Ihr wichtigstes Merkmal ist die Öffnung, die Linsen lenken die Wellen um
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„Auflösung“ eines optischen Systems
• Zur Abbildung tragen zwei voneinander unabhängige Vorgänge bei:
• Vom Objekt in unterschiedliche Richtungen ausgehende Wellenfelder müssen erfasst werden, möglichst viele („Auflösung“, Aufgabe der Apertur)
• Aus divergenten Wellen werden konvergente erzeugt, am Ort ihrer Überlagerung erscheint das Bild des Objekts („Fokussierung“, Aufgabe der Linse)
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Beispiel 1: Beugung und Abbildung eines Spalts
a=2mm
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Auswahl einiger Wellen mit Hilfe der Blende (Apertur )
a=2mm
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Umlenkung in konvergente Wellen mit Hilfe einer Linse
Linse, f=200mm
~3m
a=2mm
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Auflösung und Fokussierung bei der Abbildung
Linse, f=200mm
200mm
~3m
a=2mm
Der Durchmesser der Blende, „die Apertur,“ definiert die Auflösung
Die Qualität der Linse definiert die
„Auflösung begrenzte“ Schärfe
des Bilds
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Beispiel 2: Beugung und Abbildung eines Gitters
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Abbildung eines Gitters
200mm
~3m
Linse, f=200mm
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Linse, f=200mm
Abbildung eines Gitters bei Verkleinerung der Auflösung in horizontaler Richtung
200mm
~3m
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Abbildung eines Gitters mit zu kleiner Auflösung in horizontaler Richtung
200mm
~3m
Linse, f=200mm
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Versuch
• Beobachtung des Interferenzmusters eines Gitters und der Abbildung bei Einschränkung der Auflösung in horizontaler Richtung durch eine Spaltblende
• Q: Was ist in der Abbildung zu erwarten?• A: Die Information über den Abstand in
horizontaler Richtung fehlt– Deshalb fehlen im Bild die vertikalen Drähte
Das Beugungsbild enthält Information zu den Abständen im Objekt
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Blende und Linse im Auge
Blende=Pupille
Im Auge begrenzt die Größe der Pupille (Durchmesser 1-8mm) die Auflösung
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Zusammenfassung
• Linsen wandeln die von der Apertur eingelassenen divergenten Wellenfelder in konvergente
• Die Öffnung der Blende, „die Apertur“, definiert die Auflösung eines optischen Instruments– Kleine Blende: unscharfes Bild, weil Wellen zum
Bildaufbau fehlen– Im Grenzfall nur einer die Apertur passierenden
Welle erscheint auf der Bildebene das Beugungsbild der Apertur
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finis
Fotografie aus Time Magazine: Cactus Ferroguinus Pygmae Owl