Beugung

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3. 2. 2. Beugung

Dringt ein Lichtbündel durch einen Spalt, ein Beugungsgitter oder eine ähnlich schmale Öffnung, weicht es von seiner geradlinigen Ausbreitung ab.

Durch Beugung erscheinen Punkte an engen Blendenöffnungen als Beugungsscheibchen. Das bedeutet, daß der eigentliche Punkt auf Kosten einer Unschärfe (siehe Kapitel 9. 2. 5. 4. "Auflösung") vergrößert wird.

Licht, das durch eine kreisrunde Blende fällt, wird nicht als scharf begrenzter Punkt abgebildet, sondern aufgrund der Beugung seiner Lichtwellen an den Blendenlamellen etwas unscharf.
Dieser Effekt ist für die zunehmende Unschärfe von Aufnahmen bei kleiner Blendenöffnung (siehe Kapitel 4. 3. "Blendenöffnung - Schärfe") verantwortlich.
Je größer die Blendenöffnung ist, desto geringer wirkt sich die Beugung aus.
Das gilt ganz allgemein für alle Lichterscheinungen, die durch die Blende gehen, nur ist es bei Punktlichtquellen eben ziemlich genau zu beobachten.
Bei flächigen Bildelementen macht sich die Beugung als reduzierter Kontrast (siehe Kapitel 9. 2. 4. "Belichtungsumfang") bemerkbar.
An einer exakt kreisförmigen Blende wird das Licht gleichmäßig nach allen Richtungen gebeugt und das Abbild der Lichtquelle dadurch von einer diffus begrenzten kreisförmigen Korona überlagert.

Folgendes Foto zeigt die Wellenausbreitung des kohärenten^*) Lichtes eines Laserstrahls an einer kreisrunden Lochblende:

Foto: Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung durch Herrn Dr. Volker Martini (Ernst-Moritz-Arndt-Schule, Bonn -Gymnasium-)

Eine Lamellenblende (siehe Kapitel 2. 2. 5. "Blende") bildet aber meist keinen Kreis, sondern ein Polygon mit geraden Kanten.
Die Menge des gebeugten Lichtes ist abhängig von der summierten Länge aller wirksamen Blendenkanten, die Menge des ungebeugten Lichtes hingegen vom Querschnitt der Blendenöffnung.
Nun ist die Kantenlänge linear abhängig vom Öffnungsdurchmesser, der Querschnitt hingegen quadratisch.
Das Verhältnis von Kantenlänge zu Öffnungsdurchmesser und damit der durch Beugung hervorgerufene Lichtanteil verschiebt sich also zugunsten des ungebeugten Lichtes, wenn der Blendendurchmesser verkleinert wird.

Die Beugung des Lichtes erfolgt dabei vornehmlich rechtwinklig zu den Lamellenkanten, die die Blendenöffnung bilden, und zwar symmetrisch sowohl in den unmittelbar angrenzenden Bereich hinein, als auch in die Gegenrichtung über den inneren hellen Bereich hinweg, was allerdings nur bei dunkleren Hintergründen gut zu erkennen ist. So entstehen mehr oder weniger sichtbare Strahlen anstatt einer diffusen Korona.

Das nächste Foto zeigt die Beugung des kohärenten^*) Lichtes eines Laserstrahls an einer dreieckigen Blende aus 1 cm Entfernung:

Foto: Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung durch Herrn Dr. Volker Martini (Ernst-Moritz-Arndt-Schule, Bonn -Gymnasium-)

Ist die Anzahl der Blendenlamellen allerdings gerade, liegen sich immer zwei zueinander parallele Lamellenkanten gegenüber, somit überdecken und verstärken sich die von ihnen gebeugten Strahlen. Deshalb sieht man eben gerade nur so viele Strahlen, wie es Lamellen gibt.

Diese zwei Fotos zeigen wieder die Beugung des kohärenten^*) Lichtes eines Laserstrahls an Blenden mit gerader Anzahl an Kanten aus 17 cm Entfernung:

Fotos: Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung durch Herrn Dr. Volker Martini (Ernst-Moritz-Arndt-Schule, Bonn -Gymnasium-)

Blenden mit einer ungeraden Anzahl von Lamellen rufen dagegen doppelt so viele Strahlen hervor, wie Lamellen vorhanden sind, weil sich die Strahlen zweier Lamellen hier nicht überdecken können, denn es gibt keine parallelen Lamellenkanten.
Die unterschiedliche Länge der Strahlen ist dadurch bedingt, daß die Beugung an den Blendenlamellen stattfindet, die nunmal am Rand der Blendenöffnung liegen. Die Differenz aus kurzer und langer Strahlenlänge entspricht demnach ziemlich genau dem Durchmesser der Blendenöffnung, da die Beugung selbst symmetrisch geschieht.

Folgende zwei Fotos zeigen wieder die Beugung des kohärenten^*) Lichtes eines Laserstrahls an der Dreiecksblende wie schon oben, allerdings aus 17 cm Entfernung:


Diese Abbildung ist insofern bemerkenswert, als daß im Zentrum ein Dreieck erscheint, welches gegenüber dem eigentlichen Blendendreieck gespiegelt ist.	Die Teilkreise zeigen etwa die unterschiedlichen Längen der Strahlen, das graue Dreieck symbolisiert die Größe der Blende, um die Längendifferenz zu erkennen.

Fotografien: Veröffentlichung mit freundlicher Genehmigung durch Herrn Dr. Volker Martini (Ernst-Moritz-Arndt-Schule, Bonn -Gymnasium-)

In der Fotografie ist diese Strahlenbildung bekannt und als Beugungsstern beschrieben, allerdings wird deren Entstehung nur recht unzulänglich erläutert oder regelrecht stiefmütterlich behandelt.

Sehr schöne Beugungssterne zeigen folgende Fotos:

Das linke Foto wurde als fotografische Studie der Sonne mit einer Blendenzahl 22 (siehe Kapitel 4. 2. 3. "Blende - Schärfentiefe") aufgenommen.

Dieses Bild ist einen Ausschnitt des Originalfotos aus der Galerie "Frühjahr 2006". Die Blende hat neun Lamellen und eine Blendenzahl 22 (siehe Kapitel 4. 2. 3. "Blende - Schärfentiefe").

		Foto: Andreas Schieren, Leipzig
		Längendifferenz zeigen
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Inzwischen werden Objektive auch hinsichtlich des Bokehs (siehe Kapitel 6. 3.) konstruiert. Viele und obendrein verrundete Blendenlamellen (siehe Kapitel 2. 2. 5. "Blende") unterdrücken solche Beugungssterne.

^*) kohärent: zusammenhängend

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