4. Geometrische Optik Bildübertragung  Informationsübertragung mit Licht .Lichtquellen: Glühlampe (Wärmestrahlung, Sonne), Leuchtstoffröhre, Bogenlampe und Laser .Lichtausbreitung zum Objekt und von dort zum Auge .Veränderung des Lichtes durch das Objekt, so daß die Information aufgeprägt wird. .Funktion des Auges bei der Informationsverarbeitung .Hilfsmittel zum Sehen (Brille, Mikroskop, Fernrohr) Informationsgehalt (physikalisch) Bilder Akustik (Sprache, Töne) Amplitude  hell, dunkel laut, leise Frequenz  Farbe hoch, tief räumliche Verteilung  Bild Schallfeld Licht  elektromagnetische Welle Ausbreitungsgeschwindigkeit c = 299.792.458m/s c  300 000 km/s Laufzeit zwischen Sonne und Erde: 149·109m  500s = 8,3min

4.1 Lichtausbreitung durch Strahlen? Versuch zur Bildung eines Strahls Quelle Schattenprojektion Lochkamera bestimmt die Schärfe Bildschirm Flächenprojektion keine Verzerrungen Physikalische Grenzen?

Lichtausbreitung im Medium 1. Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit Brechungsindex typisch für Glas 1,5 2. Absorption Verlust an Intensität 3. Streuung meist an Staubteilchen 4. Fluoreszenz kann als Folge von Absorption auftreten Verhalten an einer Grenzfläche (Oberfläche) Reflexion, Transmission und Streuung  Übertragung der Körperstruktur auf das Licht Reflexionsgesetz a = b a b Lot eben Streuung in beliebige Richtungen meist mit kleiner Intensität Parallelstrahl bleibt Parallelstrahl gleicher Breite.

Anwendung des Reflexionsgesetz bei gekrümmten Flächen An jedem kleinen Flächenstück wird das Reflexionsgesetz angewendet! Hohlspiegel f  ½ r Winkelhalbierende Spiegelbild: Welche Seite des Gegenstandes sieht man im Spiegel? die Rückseite M Kugelmittelpunkt r Kugelradius F Brennpunkt f Brennweite Konstruktion eines Bildes an gekrümmter Fläche?

Konstruktion eines Bildes an gekrümmter Fläche

Abbildung Hohlspiegel f  1/2 r

Lichtbrechung an einer Grenzfläche Experiment an Glasfläche schwacher, reflektierter Strahl Brechungsgesetz von Snellius n1 < n2 z.B. Luft/Glas Brechung zum Lot hin wenn n1 > n2 Brechung vom Lot weg wenn a1 vergrößern  a2 wird 90°, danach keine Brechung mehr Intensität des reflektierten Strahls steigt Video Grenzwinkel: Totalreflexion typisch atotal  42° sehr guter Spiegel

Beispiele von Brechungsindizes Material Brechungsindex bei l = 650nm Luft (STPD) 1,00029 Kronglas 1,51 Steinsalz 1,54 Schweres Flintglas 1,75 Spezialglas bis etwa 1,9 Wasser 1,33 Quarzglas 1,46 Plexiglas 1,492 STPD  standard temperature and pressure, dry Normalbedingungen

Lichtleiter mit Totalreflexion  Faser quelle verlustarmer Lichttransport keine Abbildung Lichtleiter mit Totalreflexion  Faser IVES Anwendungen: Beleuchtung optische Nachrichtenübertragung Führung eines Laserstrahls, Laserchirurgie Endoskop Durchmesser Faser 5 µm Durchmesser Bündel 2,5 mm Bildpunkte 200 000