PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DER INSTRUMENTENKUNDE

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PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN
DER INSTRUMENTENKUNDE
Vorlesung für das 1. Semester
Wilfried Korth
HINWEIS:
Das nachfolgende Skript soll die Vorlesung unterstützen. Es
ist nicht auszuschließen, dass sich noch Fehler eingeschlichen
haben. Ich bin für Hinweise zu solchen Fehlern aber auch für
andere Anmerkungen und Verbesserungsvorschläge dankbar.
Ausschlaggebend für die Klausur am Semesterende ist nicht
dieses Skript, sondern der in der Vorlesung vermittelte Stoff!
INHALTSVERZEICHNIS
2
Inhaltsverzeichnis
1 Instrumentelle Optik
1.1
1.2
3
Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.1
Licht & Lichtquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2
Ausbreitung des Lichtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.3
Reflexion, Brechung & Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.4
Optische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.1.5
Abbildung durch Spiegel und Linsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.1.6
Planplatten, Prismen, Strahlteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.1.7
Faseroptik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
Optische Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
1.2.1
Lupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
1.2.2
Mikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
1.2.3
Fernrohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2 Elektronik/Optoelektronik
2.1
16
Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.1.1
Elektromagnetische Strahlung
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.1.2
Äußerer lichtelektrischer Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.1.3
Energie, Masse & Impuls von Photonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.2
Optoelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.3
Modulation & Demodulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.4
Digitalelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3 Sensoren für geometrische und mechanische Größen
16
3.1
Sensoren für geometrische Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.2
Sensoren für mechanische Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.3
Sensoren zur Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
4 Messsignalverarbeitung
16
4.1
Analoge Messsignalverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
4.2
Digitale Messsignalverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
1
3
Instrumentelle Optik
OPTIK: Lehre von den Eigenschaften des Lichts und den hilfsmitteln zur Steigerung der
Leistungsfähigkeit des Auges.
INSTRUMENTELLE OPTIK: Teilgebiet; optische Grundlagen und Anwendung optischer
Bauteile, Geräte und Verfahren.
• Geometrische Optik
Erscheinungen die durch geradlinige Ausbreitung des Lichts beschrieben werden
können.
Konstruktion geradliniger Lichtstrahlen bei optischen Geräten (Spiegel, Linsen,
Fernrohre usw.)
• Physikalische Optik
Lichterscheinungen, die aus der Wellennatur des Lichts erklärt werden können
• Physiologische Optik
Wahrnehmung des Lichts im menschlichen Auge
(heute nicht mehr sehr wichtig, da fortschreitende Automatisierung und Einsatz optoelektronischer Bauelemente
1.1
1.1.1
Grundlagen
Licht & Lichtquellen
- Licht ist elektromagnetische Strahlung in begrenztem Spektralbereich
- Elektromagnetische Strahlung reicht von Gammastrahlung bis zu Funkwellen
- optische Strahlung: λ =100nm bis 1mm
optische Strahlung
Telegraphie
LICHT
106
Rundfunk
104
102
Mikrowellen
100
10-2
Infrarot
10-4
UV
10-6
10-8
Röntgenstrahlung
γ
10-10 10-12 10-14
Wellenlänge [m]
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
4
kurzwelliger Teil (100nm bis 380nm): Ultraviolettstrahlung (UV)
langwelliger Teil (780nm bis 1mm): Infrarotsrahlung (IR)
sichtbares Licht: 380nm bis 780nm
- Licht geht von leuchtendem Punkt aus
viele Punkte ergeben eine leuchtende Fläche
- selbstleuchtende Flächen senden das Licht unmittelbar aus
- nicht selbstleuchtende Flächen reflektieren das Licht nur
Lichtquellen wandeln zugeführte Energie in Strahlungsenergie um.
Es gibt zwei Hauptgruppen:
Temperaturstrahler
Lumineszenzstrahler
Temperaturstrahler
- Temperaturstrahler sind hoch erhitzte Körper, die Wärmestrahlung abgeben (z.B.
Glühlampen)
Die durch Wärmebewegung schwingenden Atome führen zu Strahlungsaussendung.
Temperaturstrahler geben kontinuierliches Spektrum ab.
Lumineszenzstrahler
- Luminiszenz: Lichtemission mit Ursache nicht oder nicht allein in der Temperatur
der Stoffe
(z.B. Photolumineszenz, Kathodolumineszenz, Elektrolumineszenz)
- Gasentladungslampen: Wellenlängen oft im UV- oder IR-Bereich
(Quecksilberdampflampen, Natriumdampflampen, Xenongasentladungslampen,
Leuchtstofflampen)
Leuchtstoffröhren: gefüllt mit Quecksilberdampf; 90% der Strahlung im UVBereich, daher innen Beschichtung mit Leuchtstoff ⇒ Fluoreszenz
- Gaslaser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
durch Rückkopplung zu Eigenschwingungen angeregter Laser-Oszillator
- Lumineszenzdioden: Lichterzeugung durch inneren Photoelektronischen Effekt
- wird optische Strahlung im Bereich 380nm bis 780nm abgegeben ⇒ LED
- Licht ist monochromatisch (spektrale Breite ±10. . . 50nm)
- große Lebensdauer, vibrationsfest, Strahlung direkt modulierbar
- Halbleiterlaser: besondere Form der Lumineszenzdioden
größere Divergenz (15◦ bis 50◦ ) als andere Laserarten; unsymmetrische Abstrahlkeule (Optik erforderlich)
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
1.1.2
5
Ausbreitung des Lichtes
- Lichtausbreitung erfolgt im Vakuum und allen klar durchsichtigen Stoffen (optische
Medien)
- Lichtgeschwindigkeit im Vakuum: universelle Konstante (1983 festgelegt)
cV = 299792458 ms
- in allen anderen Medien ist Lichtgeschwindigkeit kleiner!
cM =
cV
nM
nM . . . Brechzahl n des Mediums (Materialkonstante)
- Licht einer bestimmten Wellnlänge tritt in ein optisch dichteres Medium ein:
Lichtgeschwindigkeit wird kleiner ⇒ Frequenz wird höher
⇒ Wellenlänge wird kleiner
- Lichtausbreitung in homogenen Medien → geradlinig
- Lichtstrahlen von einem Punkt aus → divergent
- Lichtstrahlen zu einem gemeinsamen Schnittpunkt hin → konverergent
- Lichtstrahlen ohne gemeinsamen Ausgangs- oder Zielpunkt → diffus
1.1.3
Reflexion, Brechung & Dispersion
Reflexion
- trifft Lichtstrahl auf glatte Oberflöche → Richtungsänderung (reguläre Reflexion)
Einfallslot
einfallender
Strahl
reflektierter
Strahl
δ
α
β
α=β
Der einfallende Strahl
und der reflektierte
Strahl schließen mit
dem Einfallslot gleiche
Winkel ein und liegen
mit diesem in einer
Ebene
δ =α+β
- bei Spiegeldrehung um γ ändern sich α und β jeweils um γ und δ um 2 · γ
Drehwinkel eines Spiegels wird durch Reflexion um Faktor 2 vergrößert dargestellt
⇒ optische Übersetzung“
”
- andere Faktoren (4, 6, 8 . . . ) sind durch Mehrfachreflexion möglich
Brechung
- in verschiedenen Medien ist Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht unterschidlich
⇒ Brechung
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
6
- Brechungsgesetz:
Das Verhältnis vom Sinus des Einfallswinkels α zum Sinus des Brechungswinkels β ist konstant und
gleich dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten c1 und c2 in
den beiden Medien.
sin α
c1
n2
=
=
sin β
c2
n1
- Medium mit kleinerer Lichtgeschwindigkeit ⇒ optisch dichter
- beim Übergang vom optisch dichteren zu einem optisch dünneren Medium ist
Totalreflexion möglich, d.h. der Brechungswinkel β wird 90◦
Berechnung des Grenzwinkels αG :
sin αG =
c1
n2
=
c2
n1
- vollkommenste Art der Reflexion (→ Lichtwellenleiter/Faseroptik)
Dispersion
Die Brechungsindizes n aller optischen Werkstoffe sind für Licht verschiedener
Farben (Wellenlängen) verschieden.
- Spektrum ist nicht kontinuierlich sondern Absorptionsspektrum mit vielen (>100)
dunklen Linien: Frauenhofersche Linien
Frauenhofer gab den deutlichsten die Buchstaben A bis H
- Zur Bestimmung der Brechzahl eines Werkstoffes ⇒ Festlegung einer Wellenlänge
e-Linie (λe = 546, 1nm)
- Maß für die Differenz der Brechzahlen zweier Wellenlängen ⇒ Dispersion
∆n = nF − nC
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
7
- relative“ Brechzahldifferenz ABBEsche Zahl
”
Verhältnis der Brechung (Richtungsänderung) zur Dispersion (Auffächerung)
νe =
ne − 1
nF − nC
S
E
Atmosphäre
(optisches Medium)
Einfluss der Dispersion bei der elektrooptischen Distanzmessung
1.1.4
Optische Werkstoffe
Optische Gläser
- optisches Glas entsteht durchZusammenschmelzen eines anorganischen Gemisches: Quarzsand, Soda, Pottasche, Kalk
- optische Werkstoffe zeigen Dispersion (Farbzerstreuung)
Brechzahl n ist wellenlängenabhängig
Funktion n(λ) ist materialspezifisch; meist aber nur Angabe
blau
von Hauptbrechzahl ne und Abbescher Zahl νe
grün
rot
- Krongläser: Abbesche Zahl νe > 55
Flintgläser: Abbesche Zahl νe < 50
Kristalle
- Einsatz durchsichtiger Kristalle im UV- und IR-Spektralgebiet (Gläser nicht lichtdurchlässig genug)
insbesondere bei IR-Lasern (λ > 10µm)
- doppelbrechende Kristalle (Kalkspat, Quarz, Gips) in der Polarisationsoptik
Kunststoffe
- nur bedingt für abbildende optische Bauteile geeignet
(geringe Härte, hohe Wärmeausdehnung)
- Polystyrol, Polymethylmetacrylat: für einfache Bauteile/Instrumente (z.B. Lupen)
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
1.1.5
8
Abbildung durch Spiegel und Linsen
- direktes Sehen: Licht fällt unmittelbar ins Auge; Gegenstand ist Lichtquelle oder
beleuchtete Fläche aus unendlich vielen Punkten
- in der geometrischen Optik nur Betrachtung ausgewählter Punkte ausreichend
- treten zwischen Gegenstand und Auge optische Bauelemente (Spiegel, Linsen, . . . )
⇒ Veränderung des Strahlenbündels
• reelles Bild: die Strahlen schneiden sich (in Abb. links)
• virtuelles Bild: die Strahlen scheinen sich zu schneiden sich (in Abb. rechts)
Vorzeichenregel für Berechnungen in der geometrischen Optik:
+
LICHTRICHTUNG
-
optische Achse
+
-
Bezugspunkt
+
Bezugsschenkel
• Lichtrichtung immer von links nach rechts
• Strecken in Richtung der Lichtausbreitung sind positiv, entgegengesetzt
negativ
• rechtwinklig zur optischen Achse leigende Strecken sind positiv nach
oben, negativ nach unten
• Winkel sind positiv in Richtung des Uhrzeigersinns, negativ entgegengesetzt
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
9
Abbildung durch ebene Spiegel
- Spiegel sind glatte Flächen an denen
Parallelstrahlen auch nach der Reflektion noch parallel sind
S0
- das Bild ergibt sich durch das Reflexionsgesetz und daraus, dass die
Srecken si gleich s′i sind
S0
- bei Abbildung durch mehrere Spiegel
⇒ das vom ersten Spiegel erzeugte Bild wird zum Objekt des zweiten
Spiegels usw.
S2
S2'
S 0'
S1'
- Spiegel: polierte Metall- oder Glasoberflächen
- bei Glas wird entweder Totalreflexion genutzt oder Silberschicht aufgedampft
– Silberschicht auf der Rückseite: nur bedingt für optische Zwecke geeignet
(Mehrfachreflexion im Glas)
– besser Oberflächenspiegel: sehr empfindlich, da Silberschicht nicht geschützt
werden kann
– am günstigsten Totalreflexion: Prismen als Spiegelersatz
- teildurchlässige Spiegel möglich: weniger
Durchlässigkeit möglich 1% bis 99%)
Silber
aufgedampft
(beliebige
• Abbildung am ebenen Spiegel ist als einzige in der geometrischen Optik völlig
fehlerfrei
Abbildung durch Konkavspiegel (Hohlspiegel)
- Reflexionsgesetz auch für gekrümmte Flächen
- Hohlspiegel sind sphärisch (Kugelteilflächen) oder parabolisch (Rotationsparaboloid)
- Linie durch Krümmungsmittelpunkt M und Mittelpunkt der Spiegelfläche (Scheitelpunkt S) ⇒ optische Achse
- Strahl parallel zur optischen Achse wird zum Brennpunkt F reflektiert, Abstand
SF ist Brennweitef
f = r/2
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
10
-a
-a'
-f
r=-2f
- Bildkonstruktion:
– ein parallel zur Achse einfallender Strahl wird zum Brennpunkt reflektiert
– ein durch den Brennpunkt einfallender Strahl wird parallel zur Achse reflektiert
– ein durch den Mittelpunkt einfallender Strahl wird in sich selbst reflektiert
- Scheitelwinkelgleichung:
1
a
+ a1′ =
1
f
Abbildungsmaßstab:
β=
a′
a
– a. . . Abstand des Gegenstandes vom Scheitel (Ding- oder Gegenstandsweite)
– a′ . . . Abstand des Bildes vom Scheitel (Bildweite)
Gegenstandsweite a
> 2f
= 2f
2f > a > f
=f
<f
Bildweite a′
2f > a′ > f
r
> 2f
=∞
>f
Abbildungsmaßstab β
<1
=1
>1
=∞
>1
Bildart
reell, kopfstehend
reell, kopfstehend
reell, kopfstehend
–
virtuell, aufrecht
- Anwendungen: z.B. Spiegellinsenfernrohr, Beleuchtungseinrichtungen
Abbildung durch Linsen
- optische Linse: Körper aus lichtdurchlässigem Stoff (Glas) begrenzt durch zwei
Kugeloberflächen oder eine Ebene und eine Kugeloberfläche
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
11
- Sammellinse/Konvexlinse: inder Mitte dicker
Zerstreuungslinse/Konkavlinse: in der Mitte dünner
- Bildkonstruktion:
– ein parallel zur Achse einfallender Strahl wird zum Brennpunktstrahl
– ein durch den Brennpunkt einfallender Strahl wird zum Parallelstrahl
– ein durch die Mitte der Linsenhauptebene einfallender Strahl geht ohne Richtungsänderung durch die Linse
Linsengleichung:
1
1
1 1
− = ′ =−
′
a a
f
f
Brechkraft:
D=
1
2
3
4
5
Gegenstandsweite a
> 2f
= 2f
2f > a > f
=f
<f
Bildweite a′
2f > a′ > f
r
> 2f
=∞
>f
Abbildungsmaßstab β
<1
=1
>1
=∞
>1
6
beliebig
<f
<1
1
f′
Bildart
reell, kopfstehend
reell, kopfstehend
reell, kopfstehend
–
virtuell, aufrecht
(Lupe)
virtuell, aufrecht
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
12
- bei dicken Linsen: nicht mehr nur eine Hauptebene (Mittelebene)!
- Abbildungsgesetze gelten nur bei Einführung verschiedener Hauptebenen H und
H′
f , f ′ , a, a′ beziehen sich auf diese Hauptebenen
- Brennweite ist abhängig vom Linsenmaterial und den Abmessungen einer Linse
f′ =
f ′. . .
n. . .
r1 , r2 . . .
d. . .
1
n · r1 · r2
·
n − 1 (n − 1)d + n(r2 − r1 )
Brennweite der Linse
Brechzahl des Linsenmaterials
Krümmungsradien der schwächer/stärker gekrümmten Fläche
Scheitelabstand der beiden Linsenscheitel
- Praxis: meist Linsensysteme anstelle von Einzellinsen
einfachstes System besteht aus zwei dünnen Einzellinsen
- Bildkonstruktion exakt wie bei Einzellinsen
es ergeben sich zwei Hauptebenen, an denen sich die Strahlen zu brechen scheinen,
und eine äquivalente Brennweite f ′
Strecke HF = −f und H ′ F ′ = f ′
- zur Berechnung der Bildlage benötigt man die Abstände der Hauptebenen SH und
′
SH
von den Linsen die äquivalente Brennweite f ′ und den Abstand e der Linsen
SH =
1.1.6
e · f1′
f1′ + f ′ 2 − e
′
SH
=
e · f2′
f1′ + f ′ 2 − e
f′ =
f1′ · f2′
f1′ + f ′ 2 − e
Planplatten, Prismen, Strahlteiler
Planplatten
- Körper, der von zwei planparallel geschliffenen Flächen begrenzt wird
⇒ Planparallelplatte oder Planplatte
- ein Lichtstrahl wird beim Durchgang durch eine Planplatte zweimal gebrochen
- Beim Durchgang durch eine Planplatte wird ein Lichtstrahl parallelversetzt!
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
α
n1=1
β
d
13
sin α
n2
=
sin β
n1
n2 >1
β
α
a=
a
für kleine Winkel α gilt hinreichend genau
(n = n2 ):
a=
d sin(α − β)
cos α
n − 1)
d tan α
n
- Verwendung als: Abschlussplatten, Filter, Planplattenmikrometer (z.B. in Präzisionsnivellieren o. Ablesemikroskopen)
Abbildung: Verwendung einer Planplatte in einem Präzisionsnivellier.
Prismen
- Körper, der von ebenen gegeneinander geneigten Flächen begrenzt wird ⇒ Prisma
- Winkel den die Flächen bilden → brechender Winkel
- Schnittgerade der Flächen → brechende Kante
- Zweck: Lichtzerlegung (Brechung) oder Lichtablenkung (Spiegelung, Brechung)
• Reflexionsprisma: Spiegelung eines Strahles in sich selbst oder unter bestimmtem
Winkel
Abbildung: Verschiedene Reflexionsprismen.
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
14
• Prismenkeil: Strahlablenkung
Abbildung: Ablenkung eines Strahls mit einem Drehkeilpaar.
Abbildung: Ablenkung eines Strahls mit einem Planlinsenpaar.
• Polarisationsprisma: mehre zusammengesetzte Teilprismen aus aus optisch einachsigen Kristallen (z.B. Kalkspat, Quarz); Licht wird in zwei zueinander rechtwinklig schwingende Anteile zerlegt
Strahlteiler
• geometrische Strahlteilung: Aufteilung eines Bündelquerschnitts durch Spiegel
oder Prismen, Teilstrom wird mit Hilfe von verspiegelten Steifen oder Flecken
erzeugt, der andere Teilstrom passiert ungehindert
• physikalische Strahlteilung: Bündelquerschnitt bleibt unverändert, teildurchlässige Spiegelfläche
einfachster physikalischer Strahlteiler: schräg gestellte Planplatte, 5% Reflexion &
95% Durchgang durch die Platte
1.1.7
Faseroptik
• wenn Licht am Ende eines zylindrischen Glasstabes eintritt, kann es wegen Totalreflexion seitlich nicht austreten, sondern wird zum Ende weitergeleitet
• Prinzip funktioniert auch bei gekrümmten Stäben
• dünne Glasfasern (5µm) sind biegsam!
• Zusammenfassung von mehreren biegsamen Fasern für Beleuchtungszwecke (ungeordnete Bündel) oder optische Bildübertragung (geordnete Bündel)
• an Berührungsstellen einfacher Fasern treten Störungen der Totalreflexion auf ⇒
Ummantelung der Fasern mit Material niedrigeren Brechwertes
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
1 INSTRUMENTELLE OPTIK
15
• wichtige Kenngröße: Transmissionsgrad (Verhältnis zwischen einfallendem und
durchgelassenem Lichtsrom); wellenlängenabhängig; für λ > 2000µm ist Transmissionsgrad fast Null (Wärmestrahlung wird nicht übertragen!) ⇒ kalte Lichtquellen, z.B. für Mikroskopie
1.2
Optische Instrumente
• Hilfsmittel zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des menschlichen Auges
• wichtigste Kenngröße: Vergrößerung
• bei direktem Sehen wird Objektstrecke y unter dem Sehwinkel w betrachtet
durch optisches Instrument wird Bildstrecke y ′ unter dem Sehwinkel w′ betrachtet
Definition der Vergrößerung
tan w′
V =
tan w
1.2.1
Lupe
• Sammellinse
wenn Objekt im gegenstandsseitigen Brennpunkt ⇒ vergrößertes aufrechtes Bild
im Unendlichen
y
tan w′ =
f
• Vergleich mit konventioneller Sichtweite 250mm
tan w =
VL =
1.2.2
250
tan w′
=
tan w
f
y
250
Normalvergrößerung
Mikroskop
• Objekt zwischen einfacher und doppelter Brennweite des Objektives (Sammellinse)
• reelles kopfstehendes Bild in Brennebene des Okulares (Lupe!)
VM = VOb · VOk
VOb
tan w′
y′
t
=
=
=
tan w
y
fOb
t :Tubuslänge
y ′′
250
tan w′′
=
=
′
′
tan w
y
fOk
250 · t
VM =
fOb · fOk
VOk =
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
4 MESSSIGNALVERARBEITUNG
1.2.3
2
2.1
Fernrohr
Elektronik/Optoelektronik
Grundlagen
2.1.1
Elektromagnetische Strahlung
2.1.2
Äußerer lichtelektrischer Effekt
2.1.3
Energie, Masse & Impuls von Photonen
2.2
Optoelektronik
2.3
Modulation & Demodulation
2.4
Digitalelektronik
3
Sensoren
Größen
für
geometrische
3.1
Sensoren für geometrische Größen
3.2
Sensoren für mechanische Größen
3.3
Sensoren zur Temperaturmessung
4
16
und
mechanische
Messsignalverarbeitung
4.1
Analoge Messsignalverarbeitung
4.2
Digitale Messsignalverarbeitung
Physikalische Grundlagen der Instrumentenkde (Stand: 5. Oktober 2009)
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