Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

148 Experimentalphysik 1 für Biologen & Chemiker
V21 Geometrische Optik: Linsenfehler
Wiederholung
• Wird Licht nicht als Welle betrachtet, sondern als Teilchen, d.h. als
Photon, dann lässt sich seine Ausbreitung leicht über Lichtstrahlen
beschreiben. Lichtstrahlen eignen sich gut zur geometrischen
Beschreibung optischer Abbildungsphänomene, nicht dagegen zur
Erklärung von typischen Welleneigenschaften, der Beugung und der
Interferenz.
• Über Lichtstrahlen lassen sich Schattenwurf, Spiegelreflexion und
Lichtbrechung an Linsen beschreiben.
• Bei Spiegeln und Linsen sind Brennpunktstrahl und Mittelpunktstrahl
ausreichend, um das durch das optische Instrument erzeugte Bild eines
Gegenstandes in Größe, Orientierung und Lage bezüglich des
Gegenstands zu konstruieren.
• Sowohl bei Hohlspiegeln (konkav) als auch bei (bi)konvexen Linsen wird
ein aufrechtes, vergrößertes aber virtuelles Bild erhalten, wenn der
Gegenstand zwischen Scheitelpunkt und Brennpunkt des Spiegels liegt,
und ein umgekehrtes, verkleinertes aber reelles Bild, wenn er hinter dem
Brennpunkt liegt.
• Die sog. Abbildungsgleichung stellt eine Beziehung zwischen
Gegenstandsgröße, Bildgröße und Brennweite her. Sind also Brennweite
und Gegenstandsgröße bekannt, lässt sich die Bildgröße berechnen. Um
die Brennweite einer Linse zu berechnen, muss man ihren
Brechungsindex sowie die Krümmungsradien der ihrer Oberflächen
kennen.
6.2.5 Linsenfehler
Alle bisherigen Konstruktionen/Betrachtungen galten für
• achsennahe und
• achsenparallele
• Strahlen der gleichen Wellenlänge sowie
• perfekte Linsen.
Ist eine dieser Bedingungen nicht mehr erfüllt, dann entstehen Abbildungsfehler.
6.2.5.1 Sphärische Aberration
Bei kugelförmigen (= sphärischen) Linsen
haben Randstrahlen eine geringere
Brennweite als achsennahe Strahlen.
Durch Blenden lässt sich das Problem
beheben; allerdings kommt es dadurch
zum Intensitätsverlust.
Sphärische Aberration, die sich durch
Ausblenden der Randstrahlen reduzieren lässt.
Quelle: Demtröder, Abb. 9.37, S. 274