Sexl Physik 7, Schulbuch

33.1 LED-Lampen dieser Bauart sollen an Glühfadenlampen erinnern. Zahlreiche blaue LEDs befinden sich unter der gelben Beschich- tung der Leuchtfäden. Das blaue Licht wird durch Fluoreszenz in der Beschichtung zu wei- ßem Licht. Fernbedienungen (TV, Stereoanlagen, …) sind Beispiele optoelektronischer Über- tragung von Signalen über kurze Distanzen. In Ausstellungen ermöglichen in den einzelnen Räumen aufgestellte Infrarotsender zusammen mit Kopfhörern und tragbaren Empfängern individuelle Führungen. Für die Nachrichtenübermittlung über weite Distanzen bieten sich Glasfasern an. Dabei wird das Signal mittels LED oder Laser eingespeist und mit Photodioden empfangen. Die Signaldämpfung ist gering, Verstärker sind nur etwa alle 200 km notwendig, Signale werden durch elektrische Impulse (z. B. Gewitter) nicht gestört, und es können über eine Glasfaser mit einem Durchmesser von 0,1mm gleichzeitig 100000 Telefongespräche laufen. ( 1 g Lichtleiterfaser ersetzt bis zu 100 kg Kupfer- kabel.) Die Vernetzung von Computern erfolgt zunehmend mit Glasfaserkabeln, da störungsfrei große Datenmengen (100Gbit/s) übertragen werden können. Digitalkameras: Fotografieren mit Sensor und Speicherkarte Ob mit Fotoapparat oder Handy, die digitale Aufnahme von Bildern und Filmen hat in den letzten Jahren die früher übliche analoge Fotografie fast gänzlich ab- gelöst. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass Digitalkameras anstatt eines Films einen elektronischen Bildsensor und ein digitales Speichermedium besitzen und damit nahezu unbegrenzt viele Fotos gemacht werden können. Bildsensoren ( 33.4 ) sind lichtempfindliche elektronische Bauelemente, die aus dotierten Halbleitern bestehen. Über dem Halbleiter liegt eine durchsichtige, elektrisch isolierende Schicht, auf der eine Matrix aus winzigen Fotodioden auf- gebracht ist. Das einfallende Licht setzt Elektronen frei, deren Anzahl propor- tional zur Lichtintensität ist (vgl. Funktionsweise Photodiode). Die Helligkeit ei- nes Bildes lässt sich also aus der aufgebauten Spannung bestimmen. Der Bildsensor liefert demnach das Rohmaterial eines digitalen Bildes, die so ge- nannten Pixel ( picture elements ). Je nachdem, wie viele lichtempfindliche Dio- den auf einem Sensor aufgebracht sind, wird das Bild gröber oder feiner in Pixel aufgeteilt. Die Farben eines Bildes werden mittels vorgesetzter Filter ermittelt. Pro Pixel erfasst die Kamera die Primärfarben Rot, Grün und Blau und errech- net aus dieser Information und denen der Nachbarpixel den Gesamtfarbwert des Bildpunktes. Für die Sicherung der Bildinformation ist die Speicherkarte zu- ständig. Dabei werden die Bilddaten entweder in einem fest eingebauten inter- nen Speicher oder auf einem wechselbaren Speichermedium gespeichert. Von diesen Medien können die gespeicherten Daten dann auf einen Computer über- tragen werden. Die in großer Vielfalt angebotenen Digitalkameras unterschei- den sich vor allem in ihren Eigenschaften: Bedienung, Abmessung, Gewicht, Systemgeschwindigkeit, Lichtstärke des Objektivs, Zoom, Akku-Art, Speicher- medium oder Zusatzfunktionen wie Panoramabildaufnahmen, Videofunktion oder dergleichen. Eine besonders interessante Funktion ist dabei das so genann- te Geotagging. Darunter versteht man die Zuordnung der geografischen Koordi- naten des Aufnahmestandpunkts bei der Bildaufnahme. Diese können direkt beim Fotografieren mittels eines GPS-Empfängers bestimmt und mit dem Bild gespeichert werden. Eingesetzt wird Geotagging vor allem in der Raumplanung, für touristische Zwecke oder im Verkehr bzw. beim Katastrophenschutz. Smartphones gegen Digitalkameras Zurzeit laufen Smartphones Digitalkameras in mancher Hinsicht den Rang ab, vor allem weil mit ihren eingebauten Kameras jederzeit Schnappschüsse oder kurze Videos gemacht werden können, ohne dass man ein zusätzliches Gerät benötigt. Zudem können die Dateien dann auch gleich ins Internet hochgeladen werden. Mittlerweile sind aber auch in vielen Digitalkameras schon WLAN-Mo- dule integriert. Die neuesten Digitalkameras arbeiten sogar mit Betriebssyste- men, die unter Anwendung entsprechender Apps GPS- und Skype-tauglich sind. Was die Qualität der Bilder betrifft, so haben Digitalkameras meist noch einen Vorteil, sie stellen schneller scharf und haben die besseren Objektive. Untersuche, überlege, forsche: Digitalkameras 33.1 W 1 Finde heraus, in welchen Schritten das Bild beim Fotografieren mit einer Digi- talkamera entsteht! LCD-Monitor Blitzlicht Objektiv Platine für Signalverarbeitung Platine für die Optik Bildsensor (CCD) Speichermedium Batterie Auslöser Autofokusmotor Motor (Verschluss) USB-Anschluss Infrarot-Schärfesensor Datenkabel 33.2 Komponenten einer Digitalkamera 33.3 Bildsensoren in Digitalkameras arbeiten nach dem Konzept der so genannten Bayer- Matrix. Da die lichtempfindlichen Zellen einer einzelnen Fotozelle auf dem Halbleiter nur Helligkeitswerte erfassen können, wird - um Farbinformationen zu erhalten - vor jeder einzelnen Zelle ein winziger Farbfilter in einer der drei Grundfarben aufgebracht. 33.4 Ein Bildsensor, wie er für astronomi- sche Aufnahmen verwendet wird. 33 | ERWEITERUNG Nur zu Prüfzwecken – Ei entum des Verlag öbv