Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik Abitur
  3. 5 Optik
  4. 5.3 Bilder und optische Geräte
  5. 5.3.2 Optische Geräte
  6. Auflösungsvermögen optischer Geräte

Auflösungsvermögen optischer Geräte

Ein wichtiges Kriterium für die Qualität von optischen Geräten ist ihr Auflösungsvermögen. Es ist ein Maß dafür, ob zwei eng benachbart liegende Gegenstandspunkt mit dem optischen Gerät noch als getrennte Punkte wahrgenommen werden können. Für das Auflösungsvermögen optischer Geräte gibt es physikalische Grenzen. Sie ergeben sich daraus, dass jedes optische Gerät Blenden oder Fassungen hat, an denen Beugung auftritt. Diese Beugung beeinflusst das Bild und bewirkt, dass zwei verschiedene Gegenstandspunkte nur unter bestimmten Bedingungen als getrennte Punkte wahrgenommen werden können.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Ein wichtiges Kriterium für die Qualität von optischen Geräten ist ihr Auflösungsvermögen. Es ist ein Maß dafür, ob zwei eng benachbart liegende Gegenstandspunkt mit dem optischen Gerät noch als getrennte Punkte wahrgenommen werden können.
Entscheidend für das Auflösungsvermögen ist, dass bei allen optischen Geräten (z.b. Auge, Mikroskop, Fernrohr) Blenden oder Fassungen vorhanden sind. Das bedeutet: Aufgrund des Wellencharakters von Licht tritt an Blenden und Fassungen Beugung auf. Damit wird ein Gegenstandspunkt auf einem Schirm nicht als Punkt abgebildet, sondern als ein Beugungsscheibchen (Bild 1). Dabei tritt ein ausgeprägtes Hauptmaximum (Maximum 0. Ordnung) und mehrere Nebenmaxima auf (Bild 1 rechts).

  • Ein Punkt, der über eine Blende abgebildet wird, ergibt keinen Bildpunkt, sondern ein Beugungsscheibchen mit einem bestimmten Durchmesser.

Ob zwei Gegenstandspunkte unterscheidbar sind, hängt davon ab, ob man ihrer Beugungsscheibchen noch voneinander unterscheiden kann (Bild 2). Eine solche Unterscheidung ist dann eindeutig möglich, wenn das Hauptmaximum (0. Maximum) des Beugungsbildes des einen Punktes mindestens im 1. Minimum des Beugungsbildes des anderen Punktes liegt.
Betrachtet man einen Spalt, so gilt für das Minimum 1. Ordnung die Beziehung:
sin   α = λ d
Für kreisförmige Öffnungen, so wie sie bei optischen Geräte einschließlich dem Auge in der Regel vorhanden sind, liefert die Theorie die Beziehung:
sin   α = 1,22 ⋅ λ d Da für sehr kleine Winkel sin   α ≈ α gesetzt werden kann und der Winkel α der minimale Winkel ist , lässt sich diese Beziehung auch folgendermaßen schreiben: α ≥ 1,22 ⋅ λ d λ Wellenlänge des genutzten Lichtes d Durchmesser der Öffnung

  • Bei zwei eng benachbarten Punkten können sich die Beugungsscheibchen überlappen.

    Carol & Mike Werner/Visuals Unlimited, Inc - Science Photo Library

Unter Nutzung der genannten Beziehung wird das Auflösungsvermögen A folgendermaßen definiert:
A = 1 r min = 1 1,22 ⋅ d f ⋅ λ r min Mindestabstand zweier Gegenstandspunkte d Durchmesser der Öffnung f Brennweite der Linse λ Wellenlänge des Lichtes
Damit beträgt der minimale Abstand, den zwei Punkte noch haben können, um als getrennte Punkte wahrnehmbar zu sein:
r min ≈ λ ⋅ f d
Geht man beim menschlichen Auge von einem Pupillendurchmesser von 5 mm, einer Brennweite von ca. 20 mm und einer Wellenlänge von 600 nm aus, dann ergäbe sich ein Wert von r min = 2,4 ⋅ 10 − 3   m . Bezieht man den Wert auf eine Entfernung von 1 m, dann könnte man mit den gerade noch zwei Punkte als getrennte Punkte wahrnehmen, wenn sie einen Abstand von 0,12 mm voneinander haben. In der Literatur wird meist ein Wert von 0,2 mm oder ein Sehwinkel von 1/60° = 0,017° angegeben. Das Auflösungsvermögen des durchschnittlichen menschlichen Auges beträgt damit:
A ≈ 1 r min ≈ 1 2,4 ⋅ 10 − 3   m ≈ 420   m -1

Will man das Auflösungsvermögen eines optischen Gerätes vergrößern, so gibt es folgende Möglichkeiten:
  •  
Es wird Licht kleinerer Wellenlänge verwendet.
  •  
Die Brennweite der Linse wird verringert.
  •  
Der Durchmesser der Linse wird vergrößert.

Für alle drei Möglichkeiten gibt es deutliche Grenzen, die nicht über- oder unterschritten werden können. Will man aber diese Grenzen überspringen, so muss man zu anderen Prinzipien der Bilderzeugung übergehen, wie das z.B. bei Elektronenmikroskopen gemacht wird.

  • Definition des Auflösungsvermögens
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Auflösungsvermögen optischer Geräte." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/aufloesungsvermoegen-optischer-geraete (Abgerufen: 24. May 2025, 03:37 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • minimaler Sehwinkel
  • Öffnungen
  • Beugungsscheibchen
  • Auflösungsvermögen des menschlichen Auges
  • Auflösungsvermögen eines optischen Gerätes
  • Blenden
  • minimaler Abstand von Punkten
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Mikroskop

Ein Mikroskop ist ein optisches Gerät, mit dessen Hilfe man sehr kleine Objekte um ein Vielfaches vergrößert sehen kann. Durch eine Vergrößerung in zwei Stufen erreicht man eine Gesamtvergrößerung bis zum 1000fachen der Gegenstandsgröße. Begrenzt wird das Auflösungsvermögen eines Lichtmikroskops durch die Wellenlänge des Lichtes und die damit verbundenen Beugungseffekte.
Eine spezielle Art von Mikroskopen sind Elektronenmikroskope, mit denen eine wesentliche höhere Vergrößerung erreicht werden kann.

Spiegelteleskope

Spiegelteleskope sind Beobachtungsgeräte, bei denen das Licht durch einen optischen Spiegel gesammelt wird. Weitere wichtige Bauteile sind ein oder mehrere Hilfsspiegel und das Okular, die in einem Tubus angeordnet sind. Die wichtigsten Typen von Spiegelteleskopen sind der NEWTON-Spiegel, der SCHMIDT-Spiegel und der CASSEGRAIN-Spiegel. Der größte gegenwärtig genutzte Spiegel, der aus einem Glasstück gefertigt ist, hat einen Durchmesser von 8,2 m.

Ernst Abbe

* 23.01.1840 in Eisenach
† 14.01.1905 in Jena

Er war ein deutscher Physiker, Professor in Jena und Direktor der dortigen Sternwarte. Zusammen mit CARL ZEISS begründete er die Theorie des Mikroskops und schuf weitere theoretische Grundlagen für optische Geräte. ABBE gilt als Begründer der wissenschaftlich-optischen Industrie.

Abbildungsfehler bei Linsen

Bei der Abbildung von Gegenständen durch Linsen weisen die Bilder bisweilen Unschärfen, Farbsäume oder andere Mängel auf. Diese Bildmängel bezeichnet man als Abbildungsfehler oder als Linsenfehler. Die Ursachen für die Abbildungsfehler liegen im Wesentlichen darin, dass die Abbildungsgleichung nur für dünne und sehr flache Linsen sowie für achsennahe Strahlen gilt. Bei Linsen, die in der Praxis verwendet werden, treten Abweichungen von dieser Linsengleichung und damit auch Abbildungsfehler auf. Die wichtigsten Abbildungsfehler sind die sphärische und die chromatische Aberration, die Bildfeldwölbung, der Astigmatismus und die Koma.

Das menschliche Auge

Das menschliche Auge ist ein kompliziertes Organ mit einem Linsensystem, das insgesamt wie eine Sammellinse wirkt. Durch dieses Linsensystem entstehen Bilder von Gegenständen auf der Netzhaut, die im Gehirn verarbeitet werden. Das Auge verfügt über Möglichkeiten,

  • Gegenstände in unterschiedlicher Entfernung scharf zu sehen,
  • sich Helligkeitsschwankungen anzupassen,
  • Farben wahrzunehmen.

Dabei können zahlreiche Augenfehler und optische Täuschungen auftreten. Viele Augenfehler können mithilfe von Brillen, Kontaktlinsen oder auch operativ korrigiert werden.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025