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Paralleles Licht auf eine Lochkamera

Von: , Frage gestellt am Fr, 8. Feb 2008

Eine schönen Abend euch allen,

da ich mich in letzter Zeit häufig mit Lochkameras beschäftige, habe ich mir mal Gedanken darüber gemacht was passiert wenn nahezu paralleles Licht auf den Eingang der Kamera auftrifft. Nehmen wir mal an die Lichtquelle, als Beispiel eine quatratische LED mit 1mm Kantenlänge, befindet sich 10 mm vor dem Loch der Kamera. Das Licht verlässt die LED in allen Punkten mit einem maximalen Winkel von 5 Grad, zwischen dem Lot auf der LED und den austretenen Lichtstrahlen. Wie gestaltet sich nun die Bildkonstruktion. Begrenzt der Winkel die Größe des Abbildes in irgend einer Weise ?

Schon einmal vielen Dank für alle Antworten.

Beste Grüße !

8 Antworten zu dieser Frage

1. Antwort von nach 33 Minuten 0 hilfreich

   Re: Paralleles Licht auf eine Lochkamera

   Dazu musst Du mindestens noch den Durchmesser des
   (wahrscheinlich kreisförmigen) Lochs
   sowie (wenn das Loch nicht >>1mm is) die Wellenlänge (oder Farbe) der LED (->Beugung) kennen.
   Die Abstrahlwinkel der LEDs sind z.B. 50% Intensität Winkel,
   also für die Intensitätsverteilung nur ein Richtwert.
   

   • Antwort von nach 40 Minuten 0 hilfreich

     Re^2: Paralleles Licht auf eine Lochkamera

     Nehmen wir mal an der Durchmesser ist 1mm und eine kleine Wellenlänge, so im UV-Bereich, da sollte man die Beugungseffekte vernachlässigen können. Ich verstehe nicht genau was Du mit 50% Intensität Winkel verstehst. Das an der Blende ankommende Licht ist auf jeden Fall fast parallel.
     

     • Antwort von nach 2 Stunden 0 hilfreich

       Re^3: Paralleles Licht auf eine Lochkamera

       Nehmen wir mal, an der Durchmesser ist 1mm und eine kleine
       Wellenlänge, so im UV-Bereich, da sollte man die
       Beugungseffekte vernachlässigen können.
       Nehmen wir mal eine 300nm LED
       (gibt's =>http://www.roithner-laser.com/LED_diverse.htm)
       Dann macht die einen Beugungshalbwinkel von
       1.22*Wellenlänge/Lochdurchmesser
       Is hier
       300e-9*1.22/1e-3 = .3660000000e-3 rad
       Also wenn Dein Schirm 1m vom Loch weg is
       wird ein kollimiertes Bündel (perfekt parallele Strahlen)
       nicht mehr auf 1mm sondern auf 1.732mm Durchmesser Scheibe
       abgebildet.
       OK - wahrscheinlich is der Abstand vom Loch zum Schirm
       nicht so gross und daher die Beugung doch vernachlässigbar. Ich verstehe nicht
       genau was Du mit 50% Intensität Winkel verstehst. Das an der
       Blende ankommende Licht ist auf jeden Fall fast parallel.
       Berechnen musst Du erstmal das Bild eines (winzigen) Punktes
       in der Mitte der LED.
       Hat die LED nur Strahlung innerhalb von 5 Grad Vollwinkel Divergenz
       so hat der vom Punkt ausgehende Kegel
       auf dem Loch der 10mm von der LED entfernten Blende
       nur einen Durchmesser von
       10*2*tan( (5/2)*Pi/180.0)=.87mm Durchmesser.
       Das heisst, der Öffnungswinkel hinter der Blende wird nicht durch
       den Lochdurchmesser begrenzt, sondern ist immer noch 5 Grad.
       
       Ist ein Schirm im Abstand B von der Blende
       ist das "Bild" auf dem Schirm eine Art Scheibe mit
       mit Radius
       1mm/2 + B*tan( (5/2)*180/Pi)
       B in mm
       Das "Bild" wird also vor allem durch die Blende und nur kaum
       von der Form der LED bestimmt.
       
       Die Form der LED bewirkt hier nur, dass
       die Helligkeit der Scheibe in Richtung der Seiten des Quadrates
       zum Rand der Scheibe hin auf 50% abnimmt, in den
       Diagonalrichtungen nimmt die Helligkeit nicht so stark ab.
       
       Insgesamt also keine wirklich gute Lochkamera.
       

       • Antwort von nach 2 Tagen 0 hilfreich

         Re^4: Paralleles Licht auf eine Lochkamera

         Berechnen musst Du erstmal das Bild eines (winzigen) Punktes
         in der Mitte der LED.
         Hat die LED nur Strahlung innerhalb von 5 Grad Vollwinkel
         Divergenz
         so hat der vom Punkt ausgehende Kegel
         auf dem Loch der 10mm von der LED entfernten Blende
         nur einen Durchmesser von
         10*2*tan( (5/2)*Pi/180.0)=.87mm Durchmesser.
         Das heisst, der Öffnungswinkel hinter der Blende wird nicht
         durch
         den Lochdurchmesser begrenzt, sondern ist immer noch 5 Grad.
         Okay, das habe ich auch so erwartet, schon mal danke für die Antwort. Ist ein Schirm im Abstand B von der Blende
         ist das "Bild" auf dem Schirm eine Art Scheibe mit
         mit Radius
         1mm/2 + B*tan( (5/2)*180/Pi)
         B in mm
         Das "Bild" wird also vor allem durch die Blende und nur kaum
         von der Form der LED bestimmt.
         Die Formel verstehe ich auch soweit, mir ist nur nicht ganz klar, was Du mit dem letzten Satz meinst. Ich hänge einfach nochmal eine Grafik, welche meine Überlegungen verdeutlicht.
         
         http://www.mypic.in/090209/ObLeNpci.gif
         
         Man sieht, dass die Strahlen aus der Mitte des LED, durch die Linse, fast vollständig parallel austreten und es nur am Rand zu Veränderungen um bis zu 5 Grad kommen kann (hätte ich gleich drauf hinweisen sollen).
         Zudem sollte ich noch hinzufügen, dass die LED kleiner sein soll als das Loch (1,2 mm Durchmesser) und quadratisch (1mm Kantenlänge) ist. Wenn ich jetzt alles richtig verstanden habe, sollte auf dem Schirm eine Abbildung der LED erscheinen, welche fast unabhängig von dem Abstand der LED bzw. der Linse von der Blende ist, weil der Winkel des ausgesendeten Lichtes immer gleich bleibt. Zudem müsste es eine vergrößerte Abbildung sein und zwar sollte sich die Kantenlänge um
         
         2 * tan(5°)* B
         
         erhöhen.
         
         Um was es mir bei diesem Gedankenexperiment geht, ist ob es durch solch einen Aufbau möglich wäre, den Winkel zu bestimmen, welches das von der LED ausgesandte Licht besitzt.
         

         • Antwort von nach 4 Tagen 0 hilfreich

           Re^5: Paralleles Licht auf eine Lochkamera

           Noch einer ne Idee oder ne Bestätigung, dass meine Überlegung richtig ist ?
           

           • Antwort von nach 8 Tagen 0 hilfreich

             Telezentrische Kamera

             Naja, das ist keine Lochkamera.
             Das abbildende Element ist hier die Linse.
             Sieht so aus als wäre die LED in etwa in der Brennebene der Linse.
             So wird die LED nach unendlich abgebildet d.h. prinzipiell erhältst
             du auch ohne Lochblende ein Bild der LED wenn Du den Schirm nur weit
             genug von der Linse wegstellst.
             
             Der Schirm steht (ziemlich wahrscheinlich) nicht unendlich weit weg,
             also nicht am eigentlichen Bildort. Für die Abblidung ist somit die Tiefenschärfe entscheidend und damit wo die Aperturblende ist.
             (Die Aperturblende begrenzt die Strahlen
             eines Punktstrahlers auf der optischen Achse)
             
             In deiner Zeichnung ist das Loch der Lochblende die Aperturblende.
             Gut für deine Anwendung ist, wenn die Lochblende in etwa bei der
             bildseitigen Brennebene der Linse ist.
             Dann ist das ein einfaches Modell für ein
             (objektseitig) telezentrisches Objektiv.
             Das macht fast genau was du willst nämich eine parallelperspektivische
             Abbildung, so dass entfernung(LED->Linse)unabhängig für den Bildpunkt nur der Abstand zur optischen Achse entscheidend ist.
             
             Wenn du allerdings die Blende von der Brennebene der Linse weg Richtung Schirm schiebst verlierst Du die gewünschte telezentrische Eigenschaft.
             Das Gesichtsfeld der Abbildung (der Ausschnitt der LED den Du auf dem Schirm siehst) wird dann immer kleiner und das Bild auf dem Schirm
             wird nur noch von der Blende bestimmt
             (Das Loch wird mehr und mehr zur Feldblende)
             
             

           • Antwort von nach 8 Tagen 0 hilfreich

             Re: Telezentrische Kamera

             Schon mal vielen Dank für den Tipp mit der Telezentrik, durch die Recherche zu diesem Thema habe ich viele Anregungen bekommen. Naja, das ist keine Lochkamera.
             Das abbildende Element ist hier die Linse.
             Sieht so aus als wäre die LED in etwa in der Brennebene der Linse.
             So wird die LED nach unendlich abgebildet d.h. prinzipiell erhältst
             du auch ohne Lochblende ein Bild der LED wenn Du den Schirm nur weit
             genug von der Linse wegstellst.
             Genau das ist zu beobachten, nur dass es ein Abbild in endlich weiter Entferung zu sehen gibt, was wahrscheinlich darin liegt, dass die Strahlen eben nicht 100%ig parallel die Linse verlassen. Der Schirm steht (ziemlich wahrscheinlich) nicht unendlich weit weg,
             also nicht am eigentlichen Bildort. Für die Abblidung ist somit die Tiefenschärfe entscheidend und damit wo die :Aperturblende ist.
             (Die Aperturblende begrenzt die Strahlen
             eines Punktstrahlers auf der optischen Achse)
             Die Tiefenschärfe kann ich leider nicht berechnen, da mir die Kenntnis über die Brennweiten der Linse fehlt. In deiner Zeichnung ist das Loch der Lochblende die Aperturblende.
             Gut für deine Anwendung ist, wenn die Lochblende in etwa bei der
             bildseitigen Brennebene der Linse ist.
             Dann ist das ein einfaches Modell für ein
             (objektseitig) telezentrisches Objektiv.
             Das macht fast genau was du willst nämich eine parallelperspektivische
             Abbildung, so dass entfernung(LED->Linse)unabhängig für den Bildpunkt nur der Abstand zur optischen Achse entscheidend ist.
             Okay soweit habe ich das verstanden. Mir ist aber nur wichtig unter welchem Winkel die Strahlen die LED, also auch die Lochblende verlassen. Das Problem ist zudem, dass ich im Moment keine Angaben über die 2 Brennweiten der Linse habe. Ich muss davon ausgehen, dass sich die Lochblende nicht in der Brennebene befindet.Ich habe jetzt versucht eine Zeichnung anzufertigen (maßstabgetreu) um den genauen Verlauf der Strahlen sichtbar zu machen. Jetzt habe ich eine weitere Frage dazu: Da ich die Brennweite nicht kenne, habe ich die Zeichnung nur mit dem Wissen über den Winkel, unter Welchem die Strahlen die Linse verlassen, angefertigt. Ist das auf diesem Wege möglich?
             
             Bei allen von mir gefundenen Bildkonstruktionen mit einer Linse und einer Blende (im Bildraum), also einer einfachen telezentrischen Anordnung z.B. http://www.mypic.in/090216/w9Yazvzq.gif, sind die Strahlen durch die Blende, im Winkel begrenzt. Bei meiner Anordnung wird der Winkel aber ja quasi vorgegeben, ich verstehe deswegen nicht genau, wie ich das Bild konstruieren kann (bei Interesse könnte ich Ihnen meine Zeichnung einmal zukommen lassen). Wenn du allerdings die Blende von der Brennebene der Linse weg Richtung Schirm schiebst verlierst Du die gewünschte :telezentrische Eigenschaft.
             Das Gesichtsfeld der Abbildung (der Ausschnitt der LED den Du auf dem Schirm siehst) wird dann immer kleiner und das Bild :auf dem Schirm
             wird nur noch von der Blende bestimmt
             (Das Loch wird mehr und mehr zur Feldblende)
             Das ist nicht der Fall, ich schiebe die Blende eher über die Brennweite näher an die Linse heran.
             
             Beste Grüße
             

2. Antwort von nach 2 Stunden 0 hilfreich

   Punktlichtquelle auf eine Lochkamera

   Hallo,
   
   das Prinzip der Lochkamera ist ja die Projektion jedes
   Punktes eines äußeren Objektes auf die Projektionsfläche
   innerhalb der Kamera (idealisierte Darstellung).
   Die Auflösung der Abbildung ist natürlich von dem Verhältnis
   Blendendurchmesser zu Abstand der Projektionsfläche abhängig.
   Eigenlich ist die Sache recht einfach, weil nur das
   Strahlengesetz angewendet werden muß (solange man Beugung mal
   wegläßt und die die Blende sehr klein ist).
   
   Wenn du aber von dem Loch eine Punktlichtquelle hast,
   dann wird ideal auch im Innern nur dieser Punkt abgebildet.
   Da aber die Blende eher größer sein wird, als die Lichtquelle,
   wird es kein idealer Punkt werden sondern, die Projektion
   der Blende selbst auf den Hintergrund. Du siehst also eher
   keinen Punkt, sondern einen kleinen Kreis.
   Evtl. Beugung erzeugt noch unscharfe Ränder. Die Größe des
   Kreise ist wieder per Strahlensatz leicht auszurechnen.
   
   Gruß Uwi
   
   PS: Schreibe mal wenigstens was zu deinem Alter und Bildungsstand
   in die KiKa, damit man sich darauf einstellen kann. da ich mich in letzter Zeit häufig mit Lochkameras
   beschäftige, habe ich mir mal Gedanken darüber gemacht was
   passiert wenn nahezu paralleles Licht auf den Eingang der
   Kamera auftrifft. Nehmen wir mal an die Lichtquelle, als
   Beispiel eine quatratische LED mit 1mm Kantenlänge, befindet
   sich 10 mm vor dem Loch der Kamera. Das Licht verlässt die LED
   in allen Punkten mit einem maximalen Winkel von 5 Grad,
   zwischen dem Lot auf der LED und den austretenen
   Lichtstrahlen. Wie gestaltet sich nun die Bildkonstruktion.
   Begrenzt der Winkel die Größe des Abbildes in irgend einer
   Weise ?
   

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