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optisches system berechnen |
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BID = 412644
wulf Schreibmaschine
Beiträge: 2246 Wohnort: Bozen
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hallo,
ich hab wieder mal ein ungelöstes problem:
ich möchte gerne einen laser (5mW laserdiode) auf einen parallelen strahl (so gut wie möglich) von ca. 5cm durchmesser bündeln (ich hab oft vom wort kollimieren gehört, bin aber nicht sicher ob das hier richtig ist).
das problem ist nun, dass ich die bündelung nicht mit einer einzigen linse hinbekomme, denn damit ergäben sich 23,25 dioptrieen (43mm brennweite). sowas kann der optiker nicht mehr schleifen.
also muss ich zwei linsen nehmen.
die linsen sind normale bikonvexe symmetrische linsen.
ich hab eine art skizze gemacht:
in punkt 2 ist die laserdiode, sie strahlt mit +/-30° ab (laut datenblatt).
in punkt 3 die erste linse angebracht.
in punkt 4 die zweite, diese hat ihren brennpunkt in punkt 1.
als ausgang vom optischen system soll der strahl dann parallel mit einem radius von 2,5 cm rauskommen.
das ganze system (punkt 2 bis punkt 4) sollte auch nicht länger als ca. 20 cm werden.
die minimale brennweite die der optiker machen kann ist 12 dioptrien.
so, und jetzt weiss ich nicht mehr recht weiter wie ich an das problem rangehe. ich hab gedacht ich fange mit der zweiten linse an ... hab aber keinen plan, wie ich die vernünftig dimensionieren soll.
noch was: wenn man das so berechnen kann, dass beide linsen die gleiche brennweite haben, umso besser. wegen dem preis.
mfg wulf
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Simon
IW3BWH
[ Diese Nachricht wurde geändert von: wulf am 9 Mär 2007 11:42 ] |
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BID = 412663
Ltof Inventar
Beiträge: 9333 Wohnort: Hommingberg
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Versuch's mal mit dem Programm Linsenevolution ( http://www.physik.uni-muenchen.de/d.....n.zip )
Ansonsten:
Besorge Dir ein Kleinbild-Spiegelreflex-Objektiv mit passender Brennweite auf dem Flohmarkt oder bei Ebucht. Geht es vielleicht auch mit 50 mm? Normalobjektive sind leichter zu bekommen. Am besten mit Blende 1,4.
Wie groß ist der Chip und welche Wellenlänge hast Du?
edit:
Mit Deiner Anordnung wirst Du nicht glücklich (das müsste der Optiker aber auch wissen). Das wird eine matschige Abbildung! http://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungsfehler
Eine Strahldivergenz wirst Du sowieso haben. Das ergibt sich aus der Chipgröße und der Brennweite. Bis in welche Entfernung soll denn der Strahl welche Größe nicht überschreiten? Gegebenenfalls ist es günstiger, eine längere Brennweite zu verwenden und dafür notfalls auf das Licht aus den Randzonen der +-30° zu verzichten. Je nach Anwendung ist das Randlicht eh nicht zu gebrauchen.
Gruß,
Ltof
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„Schreibe nichts der Böswilligkeit zu, was durch Dummheit hinreichend erklärbar ist.“
(Hanlon’s Razor)
[ Diese Nachricht wurde geändert von: Ltof am 9 Mär 2007 13:39 ] |
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BID = 412679
perl Ehrenmitglied
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| Eine Strahldivergenz wirst Du sowieso haben. Das ergibt sich aus der Chipgröße und der Brennweite |
Nicht bei Lasern. Wegen der kohärenten Strahlung spielen bei der Gauß'schen Optik andere Parameter, wie etwa der Astigmatismus eine Rolle. Falls erforderlich, erfolgt die Korrektur des Astigmatismus mit einer Zylinderlinse oder einem Prismenpaar, damit man einen kreisförmigen Strahlquerschnitt erhält.
Da die Kollimatoroptiken regelmäßig sehr geringe Werte für die Numersche Apertur haben, kann man auch keine gewöhnlichen unkorrigierten Linsen benutzen
Brillengläser sind aber relativ schlecht geeignet, da sie mit einer Korrektur für das Gesamtsystem Auge-Brille berechnet und geschliffen sind.
Am einfachsten dürfte es sein, wenn du als Ausgangsbasis einen Laserpointer nimmst (dessen Linse hate eine für den Laser und die Wellenlänge geeignete asphärische Form) und den etwa 5mm dicken Strahl dann mit einem umgedrehten 10x Teleskop beliebiger Bauart, z.B. einem Feldstecher, auf 50mm aufweitest.
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Haftungsausschluß:
Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.
Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.
Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !
[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 9 Mär 2007 14:58 ]
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BID = 412706
Ltof Inventar
Beiträge: 9333 Wohnort: Hommingberg
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Zitat :
perl hat am 9 Mär 2007 14:48 geschrieben :
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Nicht bei Lasern. Wegen der kohärenten Strahlung spielen bei der Gauß'schen Optik andere Parameter, wie etwa der Astigmatismus eine Rolle.
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Das stimmt schon. Eine Divergenz von Null wird er dennoch nicht bekommen.
Die Anordnung Pointeroptik => Teleskop ist natürlich besser als meine Vorschläge.
Gruß,
Ltof
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(Hanlon’s Razor)
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BID = 412708
wulf Schreibmaschine
Beiträge: 2246 Wohnort: Bozen
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hmm, ok
also nehm ich laserpointer mit linse, und bringe den strahl dann auseinander.
das programm versteh ich nicht ... ich kenn mich bei den parametern nicht aus ...
könnte ich aber mit zwei gleichen linsen etwas rumprobieren, oder gibt es nur eine einzige lösung?
mfg wulf
edit: aber ich brauch keine divergenz von null ... der strahl muss nur nach 100 metern halbwegs ok sein.
edit2: die wellenlänge ist 650nm also rot - naher infrarot
und nochmal edit: ich habe nochmal gefragt ... der optiker würde günstige lupen umschleifen. ob das besser als optisches glas ist? wohl eher das selbe.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: wulf am 9 Mär 2007 15:48 ]
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BID = 412744
perl Ehrenmitglied
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| Eine Divergenz von Null wird er dennoch nicht bekommen. |
Logisch. Weil es nämlich nicht möglich ist.
Die erreichbare Bündelung in einer bestimmten Entfernung ist aber prinzipell nicht durch die Abmessungen der Laserdiode bestimmt, sondern nur durch anfänglichen Strahldurchmesser, Wellenlänge und Entfernung.
Zitat :
| könnte ich aber mit zwei gleichen linsen etwas rumprobieren, oder gibt es nur eine einzige lösung? |
Natürlich gibt es nicht nur eine Lösung, aber mit zwei gleichen Linsen wirst du nichts erreichen.
Insbesondere erreichst du mit Lupen o.ä. bei weitem nicht die Strahlqualität, wie sie der billige Kollimator eines Laserpointers ermöglicht.
Dessen Linse hat eine N.A. von etwa 1 oder sogar weniger und die Schärfe der Abbildung ist trotzdem i.W. beugungsbegrenzt. Soetwas schleift dir kein gewöhnlicher Optiker.
Die darauf folgenden Linsen des Teleskops sind unkritischer, weil sie eine viel geringere Öffnung haben.
Zitat :
| der strahl muss nur nach 100 metern halbwegs ok sein.
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Was immer das heissen mag.
Wenn du den Strahl anfänglich korrekt auf 50mm aufweitest, wirst du ihn so justieren können, daß nach 100m ein Lichtfleck von wenigen mm Durchmesser entsteht!
P.S.:
Zitat :
| ob das besser als optisches glas ist? wohl eher das selbe. |
Bei solchen beugungsbegrenzten Optiken hängt die richtige Linsenform, die hier ohnehin keinesfalls eine Kugeloberfläche darstellt, u.a. vom Brechungsindex des Materials ab.
Die Einhaltung dieser richtigen Form ist hier viel wichtiger als die Homogenität, die bei optischem Glas besonders hoch ist. Kunststofflinsen sind bei kleinen Teilen gut genug, wenn nur die Form exakt stimmt.
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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 9 Mär 2007 18:44 ]
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BID = 412752
wulf Schreibmaschine
Beiträge: 2246 Wohnort: Bozen
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also ich hab mich vorhin falsch ausgedrückt:
ich wollte den kollimator drauf lassen und die aufweitung mit zwei lupengläsern machen ...
und dabei hätte mich interessiert ob die gläser gleich sein dürfen. dass das alles keine qualität bringt ist mir klar. aber wenn ich bis 100m einen halbwegs begrenzten lichtfleck hinbekomme ist das schon ausreichend.
mfg wulf
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Simon
IW3BWH
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BID = 412776
perl Ehrenmitglied
Beiträge: 11110,1 Wohnort: Rheinbach
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Zitat :
| und dabei hätte mich interessiert ob die gläser gleich sein dürfen |
Das macht nicht viel Sinn.
Ein Teleskop kannst du so nicht bauen, und wenn du die Linsen direkt aneinandersetzt, erhältst du nur eine dicke Linse mit etwa der halben Brennweite des Einzelexemplars. Die Linsenfehler werden sich i.A dabei enorm verstärken.
Dann nimm lieber das von Ltof vorgeschlagene Objektiv eines Fotoapparats.
Imho ist das aber hinausgeworfenes Geld, da insbesondere große Objektive teuer sind und du die mit vielen Linsen und einigem Lichtverlust erkaufte Farbkorrektur und Verzerrungsarmut überhaupt nicht brauchst.
Du kannst auch den Originalkollimator weglassen und die nackte Laserdiode im Brennpunkt einer Linse (oder eines Hohlspiegels) mit z.B. 20cm Brennweite und 5cm Durchmesser anordnen.
Eine solche Anordnung ist aber lichtschwächer und unschärfer, als wenn man einen speziell als Laserkollimator entworfene Linse verwendet.
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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 9 Mär 2007 20:12 ]
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BID = 412785
wulf Schreibmaschine
Beiträge: 2246 Wohnort: Bozen
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hallo,
dann werd ich das so probieren ... danke für eure tipps.
die lösung soll billig werden . ein objektiv ist definitiv zu teuer.
mfg wulf
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Simon
IW3BWH
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BID = 413277
Ltof Inventar
Beiträge: 9333 Wohnort: Hommingberg
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Zitat :
wulf hat am 9 Mär 2007 20:27 geschrieben :
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ein objektiv ist definitiv zu teuer.
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Ein gebrauchtes Normalobjektiv von geringem Anspruch kostet oft weniger als 10,-. Was kosten denn die zwei Linsen vom Optiker?
Ein gebrauchter Feldstecher ist ebenso in der Preisklasse zu finden. Mit dem Feldstecher geht das übrigens richtig gut. Habe das eben mal ausprobiert.
Gruß,
Ltof
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(Hanlon’s Razor)
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BID = 413657
wulf Schreibmaschine
Beiträge: 2246 Wohnort: Bozen
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hmmm ... also eine linse (lupe) auch 10 euro ...
jetzt versuch ichs mal mit der lupe ... und sonst eben mit einem feldstecher ... allerdings wäre da die haltemechanik um einiges komplizerter.
mfg wulf
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Simon
IW3BWH
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BID = 415233
Brizz Stammposter
Beiträge: 386 Wohnort: Rheine
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Ich vermisse bei Deinen Angaben den Strahldurchmesser beim Austritt aus dem Laser.
Du leuchtest mit Deinem Laser in das Okular eines Fernglases. Durch die Öffnung des Fernglases tritt der Strahl mit neuem Durchmesser wieder aus. Wenn Du den Durchmesser d Deiner Laserdiode kennst, kannst Du die erforderliche Vergrößerung des Fernglases wie folgt berechnen.
V ist die Vergrößerung
D ist der Durchmesser der Fernglasöffnung.
d ist die Austrittspupille des Okulars
V = D/d
Das Verhältniss D/d entspricht in Deinem Falle dem Verhältniss vom Strahldurchmesser beim Austritt aus dem Fernglas D zum Strahldurchmesser d Deines Lasers.
Ferngläser werden mit V x D angegeben z.B. 8 x 50 mm
Die Güte des Fernglases kannst Du an Deine Anforderungen und Deinen Geldbeutel anpassen. Momokulare sind billiger, Zeiss-Produkte zu Recht etwas teurer. Da Du einfarbiges Licht einsetzen möchtest, dürftest Du mit Dispersionen keine Probleme bekommen.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: Brizz am 18 Mär 2007 21:31 ]
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BID = 415409
wulf Schreibmaschine
Beiträge: 2246 Wohnort: Bozen
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Zitat :
Brizz hat am 18 Mär 2007 21:20 geschrieben :
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Ich vermisse bei Deinen Angaben den Strahldurchmesser beim Austritt aus dem Laser.
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eine laserdiode (ohne linse zur kollimation) ist eine fast punktfoermige lichtquelle, und strahlt mit einem bestimmten winkel auf horizontal- und einem anderen winkel auf vertikalebene ab.
ein (kollimierter) laserpointer hat normalerweise einen strahldurchmesser von ca. 5mm.
bei der gelegenheit: ich habs jetzt hingekriegt. mit einer billigen plastiklinse (lupe) mit 5,75 dioptrieen klappts recht gut, auch wenn ich am rand doch einiges an leistung verliere (laser strahlt ueber den linsenrand hinaus). dennoch ist die leistung ausreichend. vielleicht kommt auch noch eine 5mW laserdiode rein. muss aber erst ausrechnen obs dann nicht zu viel leistung pro flaeche wird.
kennt da jemand die grenzwerte fuer "direkt in den strahl blicken"?
mfg wulf
[ Diese Nachricht wurde geändert von: wulf am 19 Mär 2007 13:00 ]
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BID = 415440
perl Ehrenmitglied
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25W/m2
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BID = 415548
wulf Schreibmaschine
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hallo,
vielen dank perl.
mfg wulf
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Simon
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