Vom Objekt zum Bild

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Vom Objekt zum Bild

• Wellen- und Strahlenoptik

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Inhalt

• Zwei Schritte vom Objekt zum Bild
• Wechselwirkung eines Objekts mit auftreffenden
  Wellen
• Beispiele
• Ein punktförmiges Streuzentrum
• Zwei punktförmige Streuzentren in
  unterschiedlichem Abstand
• Auswahl der vom Objekt ausgehenden Wellen
• Zusammenführung der ausgewählten Wellen

Wellen-optik
Theorie der Auflösung
Strahlen-optik
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Entstehung einer von einem Punkt ausgehenden Welle
Voraussetzung Kohärente Antwort des Objekts auf
die einfallende Strahlung
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Beispiel für inkohärente Strahlung
Fluoreszenz-Strahlung beim Photoeffekt
Photon ionisiert ein Atom
Die Lücke wird unter Emission von
Fluoreszenz-Strahlung aufgefüllt
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Versuch

• Anregung eines Streuzentrums in der Wasserwanne
• Umlenkung der divergenten zu konvergenten Wellen
• mit Hilfe der Reflektion an der Wand des Gefäßes
• Das Bild des Streuzentrums entsteht bei
  Überlagerung der reflektierten Wellen

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Von zwei Punkten ausgehende Wellen
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Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand
zwischen zwei Wellenbergen
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Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand
zwischen zwei Wellenbergen
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Abstand der Punkte wenig kleiner als der Abstand
zwischen zwei Wellebergen
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Abstand der Punkte etwa gleich dem Abstand
zwischen zwei Wellenbergen
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Abstand der Punkte etwa doppelt so groß wie der
Abstand zwischen zwei Wellenbergen
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Abstände der Punkte noch größer
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Abstände der Punkte etwa das 10-fache des
Abstands zwischen den Wellenbergen
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Abstand der Streuzentren und Beugungsbild
Änderung des Beugungsbilds mit zunehmendem Abstand der Streuzentren
Der Winkel zwischen den divergenten, ebenen Wellen (Bereich der Fraunhoferschen Beugung) wird kleiner
Der Nahbereich hinter dem Objekt (Bereich der Fresnelschen Beugung) dehnt sich aus
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Interferenzmuster von zwei Punkten
Zwei Punkte
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Interferenzmuster von zwei Punkten auf einer
Leinwand
Zwei Punkte
Leinwand
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Schritte zur Erzeugung Interferenzmuster
Eine einfallende ebene Welle trifft das Objekt
Kugelwellen erzeugen ein Interferenzmuster,
Im Fernfeld erscheint es als divergente, ebene Wellen
Die Information über das Objekt steht in Richtung, Intensität und in der Phase der divergenten Wellen
Am Empfänger, z. B. einem Film, ist aber die Phase nicht erkennbar
Zwei Punkte
Leinwand
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Film-Umkehr beim Muster von zwei Punkten auf
einer Leinwand
Interferenzmuster nach Filmumkehr bei
Überlagerung aller Wellen
Filmumkehr Das wäre ein Weg zum Bild!
Zwei Punkte
Leinwand
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Anstelle der Film-Umkehr 1. Man nehme
mindestens zwei Wellen
Leinwand mit Kreis Ausschnitt
Zwei Punkte
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2. Ändere ihre Richtung
Leinwand mit Kreis Ausschnitt
Zwei Punkte
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3. Und führe sie zusammen
Leinwand mit Kreis Ausschnitt
Zwei Punkte
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4. Die Überlagerung zeigt ein Bild der Abstände
zwischen den Punkten
Leinwand mit Kreis Ausschnitt
Leinwand für das Bild
Zwei Punkte
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Konstruktion der Abbildung von zwei Punkten mit
fünf Wellen
Was muss alles stimmen, damit das Bild
erscheint?
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Da Capo
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Zwei Schritte vom Objekt zum Bild

• Zur Abbildung der Punkte tragen zwei voneinander
  unabhängige Vorgänge bei
• Aufbau eines Musters mit auseinander laufenden
  Wellen
• Thema der Wellenoptik
• Bei Zusammenführung einiger dieser Wellen
  erscheint das Bild
• Thema der Strahlenoptik

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Von zwei Punkten zum Bild
Leinwand für das Bild
Leinwand mit Kreis Ausschnitt
Zwei Punkte
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1. Eine Kreisblende wähle zwei Wellen aus
Leinwand
Zwei Punkte
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Wie ändert man die Richtung von Wellen?
Linsen drehen die Richtung von Wellen
Leinwand für das Bild
Zwei Punkte
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2. Eine Linse dreht die Richtung der Wellen
Leinwand für das Bild
Zwei Punkte
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Das alles macht das Auge automatisch
Leinwand
Zwei Punkte
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Das Auge
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Das Auge Aufbau der Netzhaut
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Zusammenfassung

• Bei kohärenter Anregung eines Objekts bilden die
  divergenten, auslaufenden Wellen ein
  Interferenzmuster
• Das Interferenzmuster trägt die Information in
  den unendlichen Raum
• -robuster Teil der Abbildung, nur durch
  Absorption vermeidbar-
• Zur Abbildung führt die Überlagerung der vom
  Objekt auslaufenden Wellen
• Mehrere Wellen sind zu erfassen (Apertur)
• Divergente werden zu konvergenten Wellen
  umgelenkt (Linse)
• Die Abbildungsebene muss am richtigen Ort stehen
  (Fokussierung)
• - empfindlicher Teil der Abbildung -

Wellen-optik
Theorie der Auflösung
Strahlen-optik
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finis
Wichtig ist aber auch, dass einer kuckt

• Fotografie aus Time Magazine Cactus Ferroguinus
  Pygmae Owl