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Vincent Jörg Adenauer
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1 Inhalt Phototechnik Blenden, Pupillen und Luken Definitionen und Grundbegriffe Strahlengangkonstruktionen Bildhelligkeit

2 Klassifikation von Blenden, Pupillen und Luken Blenden: Begrenzung des abbildendenstrahlraumes Öffnungsblende Aperturblende eldblende Gesichtsfeldblende durch das optische System davon erzeugte Bilder Pupillen Luken objektseitig: intrittspupille bildseitig: Austrittspupille objektseitig: intrittsluke bildseitig: Austrittsluke

3 Grundbegriffe und Definitionen Aperturblende (AB) Die Aperturblende ist die körperliche Blende in einem optischen System, die den Öffnungswinkel σ des abbildenden Strahlenbündels begrenzt, das von einem axialen Objektpunkt ausgeht. Die intrittspupille (P) ist die vom axialen Objektpunkt aus gesehene, kleinste Öffnung des optischen Systems. Die Austrittspupille (AP) ist die vom axialen Bildpunkt aus gesehene, kleinste Öffnung des optischen Systems. Die Pupillen sind die eigentlichen den Strahlraum begrenzenden lemente. Aperturblende und beide Pupillen sind zueinander konjugiert (optische Abbildung!) Wirkungen mit abnehmender Öffnung: - Öffnungsfehler -, Beleuchtungsstärke -, Schärfentiefe +, Beugungsunschärfe + 3

4 Beispiel: Konstruktion von P und AP Vorderblende: virtuelle Austrittspupille Hinterblende: virtuelle intrittspupille AB P AB AP AP P Die Pupillenbilder können reell oder virtuell sein! 4

5 Beispiel: Linsen + AB Parallelstrahl ' ' Brennstrahl P AB AP 5

6 Grundbegriffe und Definitionen Gesichtsfeldblende (GB) Die (Gesichts)feldblende ist das die Bildgröße begrenzende lement. Optimale Position: Am Objekt-, Bild- oder Zwischenbildort (max. Schärfe), eine Luke fällt oft mit der GB zusammen Gesichtsfeldblende und intrittsluke (L) sowie Austrittsluke (AL) sind zueinander konjugiert (optische Abbildung!) Hauptstrahl Geht von einem beliebigen, aber abgebildeten Objektpunkt aus Zielt auf die Mitte der intrittspupille Verläuft durch die Mitte der Aperturblende Verläßt das System aus Richtung der Mitte der Austrittspupille 6

7 Grundbegriffe und Definitionen Optische Abbildung In jedem optischen System existiert genau eine AB und eine GB. Alle Strahlen, die durch die AB (Objektstrahlen) und GB (Objektpunkte) gehen, tragen zur optischen Abbildung bei Gleichbedeutend: Alle Strahlen, die ein optisches System durch die Austrittsluke verlassen und durch die Austrittspupille gehen, tragen zur optischen Abbildung bei. Alle Strahlen, die innerhalb der intrittsluke liegen und in ein optisches System durch die intrittspupille eintreten, tragen zur optischen Abbildung bei. 7

8 Beispiel: Vorderblende Abbildungsstrahlengang Pupillenstrahlengang Hauptstrahl AB P AB P AP AP 8

9 Öffnungswinkel, intrittspupille und Austrittspupille Hinterblende: Pupillenstrahlengang Hauptstrahl AB AP P Bildpunkt sieht die gesamte AP mit Objektleuchtdichte erleuchtet. 9

10 Öffnungswinkel, intrittspupille und Austrittspupille naher Achsenpunkt ferner Achsenpunkt σ' σ' D P AB AP P AB AP P Wirksame Bündelöffnung für parallele ingangsstrahlen (a -> -) ist die intrittspupille Definition der Blendenzahl k f ' D P

11 Blendenlage Die Position der Gesichtsfeldblende ist relativ eindeutig durch die jeweilige Schärfeebene (Objekt, Bild, Zwischenbild) definiert. Die Lage der Aperturblende soll in der Position der sog. natürlichen Blende (max. Unschärfe) liegen, damit keine zusätzliche Vignettierung (Helligkeitsverlust) entsteht. unnatürliche Blende natürliche Blende σ' D P σ' D P AB AP P AB P AP

12 Apertur Blendenzahl: Maßzahlen für Apertur und Gesichtsfeld k Öffnungsverhältnis: k f ' D P Gesichtsfeld (Gesichts)feldwinkel w Max. Neigungswinkel des Hauptstrahls eines Randobjektpunkts GBL w AB AP Hauptstrahl AL P

13 Gegeben: Bildhelligkeit (Beleuchtungsstärke) Objekt mit der Leuchtdichte L obj Objektweite unendlich ( a ), entspricht achsenparallelen ingangsstrahlen -> Bildweite a f σ' AB AP P 3

14 Bildhelligkeit Lösungsansatz für den axialen Bildpunkt: Austrittspupille wirkt wie kreisförmiger homogener lächenstrahler der Leuchtdichte L obj! Strahlungsgeometrie ist durch läche der intrittspupille und Bildweite a f festgelegt D P / L σ' obj AB AP P 4

15 5 Vorl. 5..5: Lambertscher lächenstrahler Beispiel kreisförmiger lächenstrahler: cos ) cos ( π α α π ) cos ( sin 4 cos α π π π α α π L L d L d L d L r α

16 6 Bildhelligkeit Anwendung auf Abbildungsgeometrie: P obj P obj P P obj obj D f k k L D f L f D D L L ' mit Blendenzahl 4 ' 4 ' ' sin π π π σ π L obj DP / σ'

17 Bildhelligkeit für schiefen Strahleneinfall Schiefe parallele ingangsstrahlen (a f bleibt): unnatürliche Blende natürliche Blende D ff D P D ff D P AB AP Hauptstrahl P Hauptstrahl AB APP Unnatürliche Blendenlage führt zu Asymmetrien und erhöhter Vignettierung (D ff < D P )! 7

18 Bildhelligkeit für schiefen Strahleneinfall Natürliche Blende: L obj DP / DP Hauptstrahl Natürliche Vignettierung: f ' cos cos ' f cos cos 4 8

19 Bildhelligkeit für schiefen Strahleneinfall Natürliche Blende: L obj DP / DP Hauptstrahl Natürliche Vignettierung: f ' cos cos ' f cos cos 4 lächenprojektion 9

20 Bildhelligkeit für schiefen Strahleneinfall Natürliche Blende: L obj DP / DP Hauptstrahl Natürliche Vignettierung: f ' cos cos ' f cos cos 4 ntfernung

21 Bildhelligkeit für schiefen Strahleneinfall Natürliche Blende: L obj DP / DP Hauptstrahl Natürliche Vignettierung: f ' cos cos ' f cos cos 4 infallswinkel

22 Bildhelligkeit für nahe Objekte a' D P nah L L obj obj a' 4 D π π P a' + 4 D P AB APP nah f ' a'

23 Verlängerungsfaktor und effektive Blende Verlängerungsfaktor V (Auszugsfaktor): V nah V nah ( β ') a' f ' a' nah ffektive Blendenzahl k eff k ( β') AB APP Vorsicht: β <! 3

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