5.8 Optische Geräte Lehrmaterial zur Vorlesung Ingenieurphysik WS 06/07 Version 1.0

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1 5.8 Optische Geräte Lehrmaterial zur Vorlesung Ingenieurphysik WS 06/07 Version 1.0 Dr. rer. nat. Bettina Pieper Dipl.-Physikerin, Lehrbeauftragte FH München Optische Geräte Das Auge Die Lupe Das Fernrohr Astronomisches Fernrohr Fernglas Galileisches Fernrohr Teleskope Mikroskop

2 5.8.1 Das Auge Ziliarmuskel (Netzhaut) Das Auge Weit entfernter Gegenstand: Auge entspannt, Bild auf Netzhaut f = b = Durchmesser Auge; ~ 2,5 cm Naher Gegenstand: verkürzte Fokuslänge: Bild nicht auf Netzhaut Auge korrgiert Brennweite Auge akkomodiert : Bild entsteht auf der Netzhaut

3 5.8.1 Das Auge Gegenstand zu nahe am Auge: kein Scharfsehen möglich g < ~ 10 cm: sog. Nahpunkt altersabhängig Festlegung Nahpunkt: g = 25 cm als Bezugssehweite, deutliche Sehweite: s 0 = 25 cm Das Auge Weitsichtiges Auge -> Sammelinse zur Korrektur Physlet: I 36.1 Kurzsichtiges Auge -> Zerstreuungslinse zur Korrektur

4 5.8.1 Das Auge Winkelvergrösserung V: V = Sehwinkel mit Gerät/Sehwinkel ohne Gerät V = ε / ε tan ε / tan ε für kleine Winkel Aufgabe der meisten optischen Geräte: Vergrösserung des Sehwinkels Vergrösserung

5 Abbildungsmaßstab - Vergrösserung Unterschied Abbildungsmaßstab: b/g; B/G unabhängig vom Standort des Betrachters Vergrösserung: definiert über Abstand, den G vom Auge zu haben scheint (Übereinkunft Nahpunkt) Die Lupe Sammellinse g (Gegenstandsweite) f (Brennweite) (Bild im ): entspanntes Sehen Auge dicht an Linse und trotzdem Gegenstand G scharf sehen

6 5.8.2 Die Lupe ohne Lupe (c): Bezugssehweite: g = s 0 = 25 cm mit Lupe (a,b): g = f Lupenvergrösserung: V = s 0 / f; Bezugssehweite s 0 typ. Werte für V: Die Lupe In Mikroskopen und Teleskopen dienen Lupen als sog. Okulare Okular erlaubt Betrachtung eines Bildes, das von anderen Linsen(systemen) erzeugt wird

7 5.8.3 Fernrohr Vergrösserung des Sehwinkels für weit entfernte Objekte (Sterne, Planeten) Astronomisches Fernrohr

8 Astronomisches Fernrohr 2 Sammellinsen 1 Objektiv, 1 Okular (Lupe) F1 = F2 f obj >> f ok Zwischenbild in der Brennebene: umgekehrt Endbild: umgekehrt Vergrösserung: V = ε/ε 0 = f obj / f ok terrestrisches Fernrohr zusätzliche Umkehrlinse: aufrechtes Endbild Fernglas Doppeltes astronomisches Fernrohr stereoskopisches Sehen Bildumkehr durch je 2 zusätzliche Prismen Bezeichung: Vergrösserung x Objektivdurchmesser ( Helligkeit )

9 Das Galileische (holländische) Fernrohr System aus Objektiv: Sammellinse Okular: Zerstreuungslinse F1 = F2 Vergrösserung: V = f obj / f ok Endbild: aufrecht, seitenrichtig max. 4-fache Vergrösserung -> Theaterfernglas Teleskope Teleskope in der Astronomie Planeten erscheinen als Scheibe Fixsterne immer nur als Punkte hohe Vergrösserung einfach erreichbar viel Helligkeit erfordert große Objektive

10 Teleskope Spiegelteleskope statt Objektiv: Konkavspiegel Vorteile: keine chromatische Aberration Aufhängung einfacher: leichter / Rückfläche Nachteil: Betrachtungsort (Kammer nahe F) d klein: 2. Spiegel einsetzen; Objektivspiegel hat Öffnung Mount Palomar, Kalifornien: d = 5,1 m Teleskope Linsenteleskop Nachteile: fehlerfreie Herstellung schwierig Aufhängung (schwer) -> Verziehen weltweit grösstes: Yerkes-Observatorium Wisconsin: d = 102 cm; ~ 200 fach

11 Teleskope Das Mikroskop 2-Linsensystem (Sammel) Objektiv: sehr kurze Brennweite (typ. 1 cm) Okular: kurze Brennweite (typ.: 2 cm) wirkt als Lupe, vergrössert Zwischenbild t: Tubuslänge (typ.: 16 cm)

12 5.8.4 Das Mikroskop Okjektiv Okular Betrachtung des Zwischenbildes in der Brennebene des Okulars Erzeugt mit Physlet Physics Das Mikroskop Objektiv: vergrössertes Zwischenbild (ZB) Okular: als Lupe Betrachtung ZB Mikroskopvergrösserung V: V = Abbildungs-Maßstab des Objektivs x Lupenvergrösserung des Okulars V = ß obj x V ok / = b/g x s 0 / f ok = t/f obj x s 0 / f ok

13 5.8.4 Das Mikroskop Geräte-Bezeichnungen Objektiv: Abbildungsmaßstab/numerische Apertur (Auflösungsvermögen) z.b. 40/0,65 d.h. ß obj = 40; NA = 0,65 Okular: Lupenvergrösserung z.b. 10x d.h. V ok = 10 Mikroskopvergrösserung: 40 x 10 = 400