Optische Instrumente

Fernrohre (Teleskope) scheinen entfernte Gegenstände näher heranzubringen. Das liegt daran, dass sie den Seh­winkel vergrößern. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, erscheint der Mond unter dem Winkel α’ größer als unter dem Winkel α.

Je größer der Sehwinkel ist, desto größer erscheint ein Gegenstand.

Eine Lupe vergrößert ebenfalls den Sehwinkel. Dadurch erscheint der Gegenstand größer und es sind mehr Einzelheiten erkennbar.

Alle modernen Linsenteleskope funktionieren wie ein Astronomisches (Kepler-) Fernrohr. Dieses besteht im Prinzip aus zwei Sammellinsen. Die Linse, die dem Gegenstand zugewandt ist, heißt Objektivlinse. Sie erzeugt von dem weit entfernten Gegenstand ein reelles, verkehrtes, seitenvertauschtes und verkleinertes Bild. Die zweite Linse (Okularlinse) wirkt wie eine Lupe, mit der das reelle Zwischenbild betrachtet wird. Sie muss so angebracht sein, dass das Zwischenbild innerhalb ihrer Brennweite liegt. Das Fernrohr vergrößert den Sehwinkel.  

Bei astronomischen Beobachtungen stört es nicht, dass das Bild auf dem Kopf steht.  

Ferngläser für die Beobachtung von Gegenständen auf der Erde nennt man Feldstecher. Sie sind meistens für das Sehen mit beiden Augen bestimmt. Zum Unterschied vom astronomischen Fernrohr liefert ein Fernglas ein aufrechtes Bild, was durch Umkehrprismen bewirkt wird.

Die Vergrößerung eines Fernrohrs wird durch das Verhältnis der Brennweiten von Objektiv und Okular bestimmt. Je kürzer die Brennweite des verwendeten Okulars ist, desto stärker ist die Vergrößerung.

Ein Spiegelteleskop verwendet als Objektiv einen Hohlspiegel. Die meisten Spiegelteleskope besitzen neben diesem Hauptspiegel noch weitere optische Elemente wie Linsen oder Umlenkspiegel.

Auf großen Sternwarten werden für Spiegelteleskope Spiegel mit Durchmessern von mehreren Metern verwendet.

Ein Mikroskop besteht ebenfalls im Prinzip aus zwei Sammellinsen (Objektiv und Okular, siehe Abbildung). Der Gegenstand (G) befindet sich zwischen einfacher und doppelter Brennweite der Objektivlinse (Brennpunkte F₁).

Die Brennweite der Objektivlinse ist kleiner als die Brennweite des Okulars (Brennpunkte F₂).

Das Objektiv erzeugt ein reelles, verkehrtes und vergrößertes Zwischenbild (Z). Dieses befindet sich innerhalb der Brennweite des Okulars, durch das es wie durch eine Lupe betrachtet wird.

Lichtmikroskope können bis zu 1 600-fach vergrößern.

Mit dem Rastertunnelmikroskop (RTM) können elektrisch leitende Oberflächen (Metalle, Halbleiter) bis in den atomaren Bereich untersucht werden. Befindet sich eine elektrisch leitende Spitze (Sonde) in einem sehr kleinen Abstand (Nanometer) zu der me tallenen Oberfläche, so fließt zwischen beiden ein äußerst geringer Strom. Je kleiner der Abstand, desto größer ist der Strom. Nun wird die Spitze rasterförmig so über eine Oberfläche geführt, dass der Strom und damit der Abstand immer gleich bleibt. Die dafür notwendige Bewegung der Spitze in vertikaler Richtung wird aufgenommen und ergibt ein Abbild der Oberfläche. In der Abbildung ist die Datenschicht einer Compact Disk zu sehen.