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So funktioniert eine Linse: eine Erklärung in 3D
4:46 · Ohne Ton
Verfolgen Sie in 3D, wie reflektiertes Licht durch eine Linse gebrochen wird und ein Bild entsteht. Das Video zeigt die Fokussierung auf einen Baum und einen Berg, Blende, Brennweite sowie das Verhältnis von Bildkreis und Sensor. Zum Schluss folgt ein Vergleich mit der Projektion von Sonnenlicht durch ein kleines Loch.
Dieses Video hat keinen Ton. Der folgende Text beschreibt auch die gezeigten Inhalte und Bewegungen. Die Erklärung im Artikel lesen
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Licht trifft auf einen Punkt der Baumoberfläche und wird von dort in viele Richtungen reflektiert. Der Anteil, der die Linse erreicht, wird gebrochen und gebündelt. Das Licht von jedem Punkt bildet einen eigenen kleinen Bildpunkt; zusammen ergeben diese Punkte ein umgekehrtes Bild des Baums auf dem Sensor.
Wenn der Baum scharfgestellt ist, sammelt sich das Licht von einem seiner Punkte auf der Sensorebene. Das Licht vom entfernten Berg kreuzt sich vor dem Sensor und breitet sich danach wieder aus, sodass der Berg unscharf erscheint. Das Diagramm zeigt die Bildpunkte von Baum und Berg getrennt von der Sensorebene.
Die Linse bewegt sich, während der Sensor fest bleibt, bis der Bildpunkt des Bergs auf dem Sensor liegt. Jetzt wird der Berg scharf. Das Licht vom Baum erreicht dagegen den Sensor, bevor es zusammenläuft, sodass ein Punkt des Baums einen großen kreisförmigen Unschärfefleck bildet. Fokussieren verändert, in welcher Entfernung das Motiv scharf erscheint.
Die Strahlen von Baum und Berg werden getrennt dargestellt, und die Blende wird geschlossen. Ein schmaleres durchgelassenes Lichtbündel erzeugt für einen nicht scharfgestellten Punkt auch einen kleineren Zerstreuungskreis auf dem Sensor. Die Blende verändert den Bereich der durchgelassenen Strahlen, statt den idealen Bildpunkt zu verschieben.
Im Abschnitt zur Brennweite ändert sich die Krümmung einer schematischen Linse, um den Zusammenhang zwischen Lichtablenkung, Brennweite, Bildgröße und Bildwinkel zu zeigen. Eine weniger stark gewölbte Fläche lenkt das Licht schwächer ab und ergibt eine längere Brennweite. Das veranschaulicht einen optischen Zusammenhang; es bedeutet nicht, dass sich das Glas eines echten Zoomobjektivs verformt.
Eine bewegte dreidimensionale Ansicht zeigt, dass von dem Licht, das sich von den Punkten des Baums ausbreitet, nur der auf die Öffnung gerichtete Anteil in die Linse gelangt. Der kreisförmige Bereich, in dem die gesamte Szene abgebildet werden kann, heißt Bildkreis. Außerhalb davon setzt sich das Bild nicht auf dieselbe Weise fort. Dieser Bereich des gesamten Bilds ist etwas anderes als der Zerstreuungskreis, der die Unschärfe eines einzelnen Punkts beschreibt.
Ein rechteckiger Sensorrahmen wird über den Bildkreis gelegt. Nur der Bereich innerhalb des Rahmens wird als Foto aufgezeichnet. Wird der Rahmen über den Kreis hinaus vergrößert, werden die Ecken dunkel. Lichtwege, Linsenbewegung, Bildpunkte und Unschärfe sind schematische Darstellungen, die ihre Zusammenhänge leichter erkennbar machen; sie geben nicht den tatsächlichen Aufbau oder die exakten Maße einer realen Kamera wieder.
Zum Schluss kehrt das Video von der Linse zum Nadelloch zurück. Sonnenlicht läuft geradlinig durch ein kleines Loch und beleuchtet das Innere eines Kastens. Ändert sich die Richtung der Sonne, ändern sich auch der beleuchtete Ort und die beleuchtete Fläche. Betrachten Sie das projizierte Licht im Kasten. Schauen Sie niemals direkt in die Sonne oder durch das Loch auf sie.