Linsen und Auflösung
Apertur-Blende, Linsen und Strahlen
Bei diesem Thema trifft die Wellen- die Strahlenoptik
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
„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)
Beispiel 1: Beugung und Abbildung eines Spalts
a=2mm
Auswahl einiger Wellen mit Hilfe der Blende (Apertur )
a=2mm
Umlenkung in konvergente Wellen mit Hilfe einer Linse
Linse, f=200mm
~3m
a=2mm
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
Beispiel 2: Beugung und Abbildung eines Gitters
Abbildung eines Gitters
200mm
~3m
Linse, f=200mm
Linse, f=200mm
Abbildung eines Gitters bei Verkleinerung der Auflösung in horizontaler Richtung
200mm
~3m
Abbildung eines Gitters mit zu kleiner Auflösung in horizontaler Richtung
200mm
~3m
Linse, f=200mm
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
Blende und Linse im Auge
Blende=Pupille
Im Auge begrenzt die Größe der Pupille (Durchmesser 1-8mm) die Auflösung
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
finis
Fotografie aus Time Magazine: Cactus Ferroguinus Pygmae Owl
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