1. Versuchsaufbau, Versuchsbeschreibung

Die Lichtquelle strahlt ein divergierendes Strahle nbündel aus, welches durch eine Sammellinse (Plankonvex-Linse), die als Kondensor dient, die Lichtstrahlen bündelt und in die Hauptebene des Objektivs abbildet.

Mit Hilfe eines Objektivs (Biokonvexe Linse) wird von dem Diapositiv, ein vergrößertes, reelles aber umgekehrtes Bild auf der Bildebene abgebildet. Um von dem Dia ein Aufrechtes Bild auf die Bildebene zu projizieren muss das Diapositiv seitenverkehrt und auf dem Kopf stehend in den Projektor eingelegt werden.

Die Diapositivgröße und die Schirmentfernung sind meistens vorgegeben, deswegen hängt die Größe des Bildes auf dem Schirm von der Brennweite der Objektivlinse ab. Je kürzer die Brennweite ist, umso größer wird das Bild des Diapositives.

2. Aufgabenstellung

a) Berechnung des Aufbaus:

Für den Aufbau des Projektors verwenden Sie die Kondensorlinse L1 sowie eine der zwei Objektivlinsen L2,L3. Vorgegeben sind weiterhin der Abbildungsmaßstab β’ = -15 und der Abstand „Dia-He der Kondensorlinse“ b = 30 mm. Die Gesamtanordnung soll die Länge von 1900 mm nicht überschreiten.

Berechnen Sie bereits vor Beginn des Versuchs die Maße des Aufbaus, d.h. die Positionen der Komponenten: Lichtquelle, Kondensorlinse, Diapositiv, Objektivlinse ( f’ = 100 mm), Projektionsschirm, die sich alle auf einer 2000 mm langen Dreikantschiene anordnen lassen und tragen Sie die Maße in eine Skizze des Aufbaus ein. Der Mindestabstand zweier Komponenten beträgt konstruktionsbedingt 30 mm.

b) Aufbau und Erprobung des Projektors:

1) Bauen Sie die Anordnung nach Ihren berechneten Daten auf und überprüfe n Sie den Abbildungsmaßstab. Machen Sie sich dabei mit der Konstruktion der Projektionslampe vertraut, um die Glühwendelposition hinreichend genau zu erfassen. Justieren Sie ggf. die Position des Glühwendels mittels der drei Schrauben am Lampenende so, dass sein Bild im Zentrum der Objektivlinse erscheint (Hilfsschirm verwenden). Um genügend Spielraum für die anderen Komponenten zu besitzen, sollte die Projektionslampe möglichst weit am Ende der Dreikantschiene positioniert werden.

2) Variieren Sie die Abstände der Komponenten um herauszufinden, ob die Bildschärfe bei den berechneten Abständen wirklich maximal ist. Eventuelle Abweichungen vermerken Sie bitte im Protokoll. Geben Sie Gründe für solche Abweichunge n an.

3) An welcher Stelle könne n Sie eine Iris-Blende in den Strahlengang setzen, die es erlaubt, die Bildhelligkeit gleichmäßig über das ganze Bild zu regeln (und Abbildungsfehler zu reduzieren), ohne dass die Bildgröße beeinflusst wird? Erproben Sie Ihre Annahme und vermerken Sie das Ergebnis im Protokoll.

c) Veränderung der Schirmposition:

Verkleinern Sie am sonst ungeänderten Aufbau den Abstand „Diapositiv-Schirm“ auf 720 mm. Um welche Strecke S muss nun die Objektivlinse verschoben werden, damit wieder eine scharfe Abbildung entsteht?

1) Ermitteln Sie den Messwert der S-Messung sowie deren Messunsicherheit (max. absoluter Fehler) aus mindestens 10 Einzelmessungen.

2) Berechnen Sie ebenfalls die Strecke S und vergleichen Sie den erhaltenen Wert mit Ihrem Messergebnis. Versuchen Sie bitte, die festgestellten Abweichungen zu begründen.

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d) Konstruktive Veränderungen durch „Pröbeln“:

Verkürzen Sie die Brennweite des bisher verwendeten einlinsigen Objektivs durch Hintereinanderstellen der Linse L1 und L2 (kleinstmöglicher Abstand) und versuchen Sie durch „Pröbeln“ (= probeweises Verschieben und Auswechseln von Komponenten ohne vorherige Rechnung) etwa einen Abbildungsmaßstab von -15 zu realisieren.

Übernehmen Sie die auf diesem Weg ermittelten Abstände einschließlich der Toleranzintervalle ins Protokoll und vergleichen Sie die Effektivität des Verfahrens mit der nach der Punkt b, 2). Berechnen Sie schließlich die Sollpositionen der einzelnen Komponenten mit Hilfe der Abbildungsgleichungen. Dabei ist die Brennweite F0’ des zweilinsigen Objektivs nach der Formel

Die gemeinsame Hauptebene des Gesamtsystems können Sie für eine Überschlagsrechnung in die Mitte zwischen beide Linsen legen. Diese Näherung führt zu einer Rechenungenauigkeit von ca. ±? 3mm für die gesuchten Positionen.

e) Test eines zweilinsigen Vario-Objektivs:

Wie aus Gl. 1 zu ersehen, kann man die Brennweite fK’ des Objektivs über den Linsenabstand „e“ beeinflussen, wodurch sich der Prototyp eines Varioobjektivs realisieren lässt. Testen Sie diesen Effekt qualitativ, indem Sie für verschieden Linsenabstände ? Brennweiten die Veränderung des Abbildungsmaßstabes verfolgen.

3. Messinstrumente und Zubehör

• Projektionslampe (GL) mit justierbarer Glühlampenposition

• eine plankonvexe Kondensorlinse L1, Brennweite f’ = 40 mm.

• ein Diapositiv mit quadratischem Objektraster

• zwei Projektionslinsen L2 und L3 (beide bikonvex),beide mit Brennweite f2’ = 100 mm;

• ein Projektionsschirm (S), ein Hilfsschirm aus steifem weißen Papier

• eine Irisblende

• ein Stahlmaßstab 500 mm, eine Schieblehre

• eine Dreikantschiene von 2000 mm Länge

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