Übersicht Optische Komponenten

Transkript

1 Linsen Blenden Spiegel Prismen Faseroptik Übersicht Optische Komponenten Optische Systeme (Kombination obiger Komponenten) Auge Brille Lupe Okular Mikroskop Kamera Fernrohr 1

2 Blenden Aperturblende reguliert die Helligkeit des Bildes (freier Durchmesser der Linse / Lamellenblende). Feldblende schränkt das Gesichtsfeld ein (Kanten des Films / Dimensionen d. Chips). 2

3 Eintritts- und Austrittspupille (1) Pupille: Bild der Aperturblende Eintrittspupille: Bild der Aperturblende, von einem axialen Punkt auf dem Objekt durch die der Blende vorangegangenen Elemente gesehen. Austrittspupille: gesehen von einem axialen Punkt der Bildebene, durch die dazwischen liegenden Linsen. Hier: Austrittspupille = Aperturblende 3

4 Eintritts- und Austrittspupille (2) Pupille: Bild der Aperturblende Eintrittspupille: Bild der Aperturblende, von einem axialen Punkt auf dem Objekt durch die der Blende vorangegangenen Elemente gesehen. Austrittspupille: gesehen von einem axialen Punkt der Bildebene, durch die dazwischen liegenden Linsen. Hier: Eintrittspupille = Aperturblende 4

5 Eintritts- und Austrittspupille (3) Pupille: Bild der Aperturblende 5

6 Vignettierung Abschwächung des Bildes in seinen Randpunkten 6

7 Öffnungsverhältnis und Blendenzahl (1) Bestrahlungsstärke in der Bildebene hängt ab von (D/f) 2. Kehrwert f/d heisst Blendenzahl f/# (E: f-stop ). f/# f D 7

8 Öffnungsverhältnis und Blendenzahl (2) f/# f D 8

9 [J. Hedgecoe, Fotografieren] Institut für Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung Tiefenschärfe (1) Abtasttheorem, Bezug zum Pixel am Sensor 9

10 [J. Hedgecoe, Fotografieren] Institut für Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung Tiefenschärfe (2) 10

11 [J. Hedgecoe, Fotografieren] Institut für Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung Tiefenschärfe (3) 11

12 [J. Hedgecoe, Fotografieren] Institut für Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung Tiefenschärfe (3) 12

13 [J. Hedgecoe, Fotografieren] Institut für Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung Tiefenschärfe (4) 13

14 [J. Hedgecoe, Fotografieren] Institut für Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung Tiefenschärfe (4) 14

15 Spiegel Ebene Spiegel Seitenumkehrung Asphärische / sphärische Spiegel Herleitung über Lichtstrahlen, wie für Linsen. 15

16 Reflexion im ebenen Spiegel Gleicher Abstand des Bildes P und des Objektes S von der Spiegeloberfläche 16

17 Seitenumkehrung im ebenen Spiegel (1) Bild der linken Hand rechte Hand! seitenverkehrt, Inversion Konstruktion über Senkrechte durch den Spiegel 17

18 Seitenumkehrung im ebenen Spiegel (2) Abbildung im Spiegel vs. Abbildung durch eine Linse Virtuell vs. real, seitenverkehrt vs. seitenrichtig, aber auf dem Kopf Katoptrik Optik reflektierender Systeme Dioptrik Optik brechender Systeme 180 Drehung um die optische Achse der Linse 18

19 Umkehrungen 19

20 Verkippungen Winkelverschiebungen 20

21 Spiegelreflex Kamera SLR single lens, reflex mirror 21

22 Asphärische Spiegel (1) 22

23 Asphärische Spiegel (2) 23

24 Sphärische Spiegel (1) Wie bei Linsen: einfachere Herstellung, achsennahe Strahlen, Spiegelformel: 1 a + 1 a = 1 f a a' 24

25 Sphärische Spiegel (2) 25

26 Sphärische Spiegel (3) Reell virtuell Vergrößerung Verkleinerung 26

27 sinθ i BD = sinθ t AE BD = v i Δt, AE = v t Δt sinθ i v i = sinθ t v t Reflexion / Brechung (2) Brechungsgesetz: (i) n i sin i = n t sin t ( Snellius ) (ii) Einfallsebene (i,n,r,t sind koplanar) v Ausbreitungsgeschwindigkeit n Brechungsindex n i = c v i n t = c v t 27

28 Prismen Dispersionsprismen Reflexionsprismen Dispersion = Frequenzabhängigkeit des Brechungsindex n( ) Wellenlängenabhängige Brechung in einem 60 Prisma [Wikipedia] 28

29 Dispersion 3-chip Farbkamera 29

30 Dispersionsprismen δ(λ) = θ i1 + θ t2 α 30

31 Weit verbreitet, viele Bauarten Reflexionsprismen Zusammenfalten eines optischen Systems auf akzeptable Größe Innere Reflexion ohne begleitende Dispersion: a) Glas-Luft-Grenzfläche: Einfallswinkel i > 42 b) verspiegelte Flächen δ = 2θ i1 + α achromatisch! unabhängig von 31

32 Prismen Bauformen (1) 32

33 Prismen Bauformen (2) 33

34 Prismen Bauformen (3) 34

35 Faseroptik (1) Wichtigstes Kommunikationsmedium! Hohe Übertragungskapazität, geringe Verluste, Großer Durchmesser geometrische Optik Kleiner Durchmesser ~ Wellenoptik, Übertragung ähnlich wie Mikrowellen in Wellenleitern 35

36 Faseroptik (2) (a) Stufenprofilfaser (b) Multimoden- Gradientenprofilfaser (c) Einmoden-Faser 36

37 Faseroptik (3) 37

38 Linsen Blenden Spiegel Prismen Faseroptik Übersicht Optische Komponenten Optische Systeme (Kombination obiger Komponenten) Auge Brille Lupe Okular Mikroskop Kamera Fernrohr 38

39 Kameras: Die Lochkamera 1 Beispiel: f=50mm; f/22: 50 D = 22, D = mm Tiefenschärfe!! 39

40 Spiegelreflexkamera 40

41 Linsenfernrohr (Refraktor) 41

42 Erdfernrohr Aufrechtes Bild 42

43 Fernglas Aufrichteprismen, Stereo (Doppelfernrohr) 43

44 Spiegelteleskope 44

45 45

46 Katadioptrische Systeme (1) Kombinationen von Linsen und Spiegeln panoramic image Mobile robot, perspective camera, spherical mirror CMP Prague, [Sivic, Pajdla] 46

47 Katadioptrische Systeme (2) Spherical mirror. The reflected optical rays do not intersect in a unique point. Spherical aberration. CMP Prague, [Svoboda, Pajdla, Hlavac] 47

48 Katadioptrische Systeme (3) Hyperbolic mirror. The reflected optical rays intersect in the focus of the hyperboloid. The center of camera projection coincides with the second mirror focus. Schwierig zu realisieren! Exakte Kalibrierung nötig. Projektionszentrum der Kamera im 2. Brennpunkt der Hyperbel. CMP Prague, [Svoboda, Pajdla, Hlavac] 48

49 Katadioptrische Systeme (4) Hyperbolic mirror + webcam DA Jürgen Wolf 2003 Für Selbstlokalisation in der RoboCup Middle Size League TU Graz 49

50 Linsenverzeichnung: Zum Abschluss 50

51 Welle oder Teilchen? Teilchen! 51

52 Quantenelektrodynamik QED OWL optische Weglänge 52

53 QED Analyse für eine dünne Linse OWL optische Weglänge 53

54 Übersicht Allgemeine Übersicht, Licht, Wellen- vs. Teilchenmodell, thermische Strahler, strahlungsoptische (radiometrische) vs. lichttechnische (fotometrische) Größen Beschreibung radiometrische, fotometrische Größen Detektoren Geometrische Optik Bildgebende Verfahren Anwendungen Licht als elektromagnet. Welle, Interferenz, Kohärenz, Laser, Interferometrie, Anemometrie Bis WS15/16: VO Gert Holler 54