Linsenfehler - Carl-Engler

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
Nov 2010
www.ces.karlsruhe.de/culm/
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