Physikalisches Praktikum Laborversuch: 1 Carl-Engler-Schule Karlsruhe BS, BK, FS Linsenfehler Grundlagen Bei der Abbildung durch Linsen gelten die einfachen Regeln für das Verhalten von Mittelpunktsstrahl, Brennstrahl und Parallelstrahl nur näherungsweise. Die Abweichungen von den idealisierten Voraussetzungen führen zu Abweichungen in den Bildern und werden als Linsenfehler bezeichnet. Die Brennweite einer Linse ändert sich mit dem Abstand von Parallelstrahlen zur optischen Achse. Die Regel "Parallelstrahl wird zu Brennstrahl" müsste also mit unterschiedlichen Brennweiten angewendet werden. In der Praxis führt dies zu einer geringen Schärfentiefe bei großer Blendenöffnung. Der Effekt wird Sphärische Abberation oder Öffnungsfehler genannt. Die Dispersion des Glases d.h. die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Farbe bzw. Wellenlänge des Lichtes führt ebenfalls zu unterschiedlichen Brennweiten. Die Folge sind Farbsäume an den Hell-Dunkel-Übergängen im Bild. Der Effekt wird als Chromatische Abberation oder Farbfehler bezeichnet. Weitere Linsenfehler entstehen z.B. dadurch, dass die Brennweite auch von der Richtung der Objektstrahlen zur optischen Achse abhängt. Dies kann zu kissen- oder tonnenförmigen Verzeichnungen führen. Eine weitere Störung ergibt sich oft auch dadurch, dass das Bildfeld (die Fläche optimaler Bildschärfe) keine Ebene, sondern eine gewölbte Fläche ist (Bildfeldwölbung). 2 Aufgaben 2.1 Aufbau für Öffnungsfehler Der Versuch wird mit einer plankonvexen Linse als Kondensorlinse mit der Brennweite f=150mm und dem Linsendurchmesser d=75mm ausgeführt. Mit einer Richtleuchte wird die konvexe Seite beleuchtet, so dass sich ein paralleles Strahlenbündel von der Größe der Linsenöffnung ergibt. Auf der planen Seite wird ein Drahtnetz aufgebracht, das hier den abzubildenden Gegenstand darstellt. Mit einer Irisblende lassen sich dann parallele Teilstrahlenbündel ausblenden. Die Brennweiten der zu untersuchenden Linse werden nach dem Bessel-Verfahren ermittelt. 2.2 Sphärische Abberation (Öffnungsfehler) Die Irisblende wird auf einen Verschiebereiter gesetzt, so dass sie sich quer zur optischen Achse verschieben lässt. Die Irisblende wird auf eine Öffnung von ca. 4mm eingestellt und genau in die optische Achse des Strahlengangs gebracht. Damit wird die zu untersuchende Sammellinse beleuchtet. Nach der Bessel-Methode wird die Brennweite für achsnahe bzw. achsferne Strahlen durch mindestens fünf Positionsänderungen der Irisblende senkrecht zur optischen Achse ermittelt. Die Brennweiten sind in Abhängigkeit der Positionsverschiebung grafisch darzustellen und zu diskutieren. 2.3 Aufbau für Farbfehler Mit der Richtleuchte und einem Kondensor (f=50mm) wird ein Gegenstand (Pfeil) ausgeleuchtet. Die Objektstrahlen treten dann durch ein entsprechendes Farbfilter und dann auf die zu untersuchende Sammellinse. das Bild wird wieder auf einem Schirm dargestellt. Die Abstände sind so zu wählen, dass das Bessel-Verfahren durchgeführt werden kann. 2.4 Chromatische Abberation (Farbfehler) Die Brennweite einer gegebenen Sammellinse (bikonvex) ist in Abhängigkeit von der Wellenlänge zu ermitteln (mindestens fünf Wellenlängen), grafisch darzustellen und zu diskutieren. Neben den Brennweiten sind auch die Bildgrößen zu erfassen und zu diskutieren. linsenfehler.odt Geßler / Müller Https://ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 1 von 1