Optik Bastelspaß: Wie zeichnet man den Strahlengang eines optischen Gerät ?


a) Bildkonstruktion
Man zeichnet zunächst die optische Achse, die Linse (hier nur als Linie angedeutet) und deren Brennpunkte, den gegenstandsseitigen F und den bildseitigen F', sowie den Gegenstand. Dann gelten die bekannten Bildkonstruktions-Regeln:
1 Ein von einem Gegenstandspunkt (Pfeilspitze) parallel zur optischen Achse verlaufender Strahl wird durch die Linse so gebrochen, dass er bildseitig durch den Brennpunkt F' verläuft.
2 Ein durch die Linsenmitte verlaufender Strahl wird nicht gebrochen.
3 Ein durch den gegenstandsseitigen Brennpunkt F verlaufender Strahl verläuft nach der Brechung parallel zur optischen Achse.
Der bildseitige Schnittpunkt der Strahlen 1, 2, 3 ergibt den Bildpunkt des Gegenstandspunktes.

Als zweiten Bildpunkt des "Pfeilbildes" hat man den Fußpunkt des Pfeiles, der auf der optischen Achse liegt.
Es gilt bekanntlich: Gegenstände mit Gegenstandsweite g größer Brennweite f, kleiner 2f werden vergrößert in Bildweite b größer 2f' abgebildet. Gegenstände in g > 2f werden als verkleinertes Bild in f' < b < 2f' abgebildet.

b) Strahlenbüschel Statt der Bildkonstruktions-Strahlen ist es oft übersichlicher, den Strahlengang mittels ein oder zwei Strahlenbüscheln (rot =Pfeilspitze, grün = Pfeilfußpunkt) zu veranschaulichen. Wenn man das Bild nach a) konstruiert hat, ist es einfach beliebige Strahlen zu zeichnen: alle von einem Gegenstandspunkt ausgehenden Strahlen werden so gebrochen, dass sie sich wieder in dem entsprechenden Bildpunkt vereinigen.
c) Einzelstrahlen. Wenn Lage von Gegenstand und Bild nach a) bekannt sind, wird in komplexen Strahlengang-Bildern der Strahlenverlauf häufig nur durch zwei Strahlen angedeutet, die sich im Gegenstands/Bildpunkt, der auf der optischen Achse liegt, schneiden.
d) Lichtraum. Der insgesamt von Licht erfüllte Raum (gelb) in einem optischen Gerät wird durch Blenden bestimmt. Man macht sich leicht klar:
Die Feldblende wird mit dem Gegenstand abgebildet und begrenzt das Gesichtsfeld scharf. Ihre Größe bestimmt die Größe des Gesichtsfeldes. Die Aperturblende begrenzt die "Öffnung" (Breite) des Strahlenbündels (gelb), beeinflußt aber nicht die Größe des Gesichtsfeldes. Legt man sie in die Brennebene F der Linse, verlaufen von einem Punkt der Aperturblende ausgehende Strahlen hinter der Linse parallel (grün): Die Aperturblende wird also nicht abgebildet.

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