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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spektrometer für den Hobbybereich


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Autor: Kim (Gast)
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Hallo,

hin und wieder könnte ich mal ein Spektrometer gebrauchen, mit dem man 
LED-Lampen, Einzel-LEDs und RGB-LEDs vermessen kann.
Das ganze muss nicht hochpräzise sein, aber schon einigermaßen 
zuverlässig von den Messwerten her (eben für den Hobbybereich).

Beim Googlen habe ich das hier gefunden:

'ELV Farb-Spektrometer mit Vishay-Sensor RGBW200, Komplettbausatz'
https://www.elv.de/elv-farb-spektrometer-mit-vishay-sensor-rgbw200-bausatz.html

Kennt jemand dieses Gerät? Kann man damit wirklich echte Farbspektren 
für den sichtbaren Bereich erstellen (der Sensor ist wohl nur für Rot, 
Grün und Blau empfindlich, kann er dann auch Gelb detektieren)?

Gibt es ansonsten andere Selbstbau- oder Fertiggeräte oder auch 
Selbstbauprojekte für Spektrometer in der Preisklasse bis ca. 100€?

Viele Bastelgrüße

Autor: . . (Gast)
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Autor: Johann J. (johannjohanson)
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Wie wäre es denn damit, mal "Spektrometer" bei "Suchen" (oben rechts) 
einzugeben?

Autor: MaWin (Gast)
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Kim schrieb:
> Spektrometer gebrauchen, mit dem man LED-Lampen, Einzel-LEDs und
> RGB-LEDs vermessen kann.

Also intetessiert dich bloss das sichtbare Licht.
Das ist natürlich viel einfacher als ein echtes Spektrometer.

Ein Prisma bzw. Grating vor einer Kanera reicht schon. Manche Leute 
nutzen ihr Smartphone dafür, aber einfache USB Kameras sind billig und 
länger benutzbar als die 2 Jahre für die ein Smartphone gebaut wird.

Bleibt die Kalibrierung, mit einem Strahker bekannter Intensität, und 
Wellenlängen bekannter Position. Eine Glühlampenspektrum hängt von der 
Spannung ab, Wasserstoffabsorptionslinien sind zu fein. Mehrbanden 
Leuchtstoffröhren sind vielleicht ausreichend.

Autor: Johann J. (johannjohanson)
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MaWin schrieb:
> Ein Prisma bzw. Grating vor einer Kanera reicht schon. Manche Leute
> nutzen ihr Smartphone dafür, aber einfache USB Kameras sind billig

Zeig doch mal bitte.

Oh Mann. Wenn der "echte" MaWin sich mal anmelden würde könnte man das 
Fake ausblenden - ich glaube nicht dass der "echte" MaWin so etwas 
schreiben würde.

[MOD: trotzdem war das vom originalen MaWin]

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Autor: MaWin (Gast)
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Autor: J. S. (pbr85)
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MaWin schrieb:
> Johann J. schrieb:
>> Zeig doch mal bitte.
>
> https://www.ipp.mpg.de/handyspektrometer

Ist das nicht eher ein simples Spektroskop, statt Spektrometer, welches 
auch mehr oder weniger exakt die Strahlungsleistung pro Wellenlänge 
misst? Also eine quantitative Analyse darstellt.

Ein fertiges Spektroskop bekommt man für sehr wenig Geld, meines habe 
ich vor ~10 Jahren für 30 € gekauft. Und damit unter anderem die oben zu 
sehenden Spektren aufgenommen, die ja wohlgemerkt keine richtige 
quantitative Analyse erlauben.

Die letzten beiden Bilder sind von meinem Selbstbau-Spektroskop von 
2006, Pappröhre mit Schlitz und alter CD als Beugungsgitter.

: Bearbeitet durch User
Autor: Johann J. (johannjohanson)
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MaWin schrieb:
> https://www.ipp.mpg.de/handyspektrometer

Es analysiert sichtbares Licht im Wellenlängenbereich von etwa 400 bis 
750 Nanometer.
Je nachdem, was das "Smartphone" kann.

Witzbold, eindeutig nicht der "echte" MaWin, der hat deutlich mehr 
"Tiefgang".

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald W. (wilhelms)
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MaWin schrieb:

> Eine Glühlampenspektrum hängt von der Spannung ab,

Es sollte aber auf jeden Fall kontinuierlch sein. Zeigt Dein (TE)
Spektrometer da Einbrüche, misst es falsch.

Autor: Adi (Gast)
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Bei Aatis gibt es so was im Selbstbau

https://www.aatis.de/content/bausatz/AS513_AATiS-Spektrometer

Ist vieleicht was.

Autor: MaWin (Gast)
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J. S. schrieb:
> Ist das nicht eher ein simples Spektroskop, statt Spektrometer

Natürlich ist das ein Spektrometer, die Helligkeit pro Spektrallinie 
steckt doch im Photo.

Nur muss man es kalibrieren, und der Kamera eine automatische Belichtung 
verbieten.

Autor: J. S. (pbr85)
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MaWin schrieb:
> J. S. schrieb:
>> Ist das nicht eher ein simples Spektroskop, statt Spektrometer
>
> Natürlich ist das ein Spektrometer, die Helligkeit pro Spektrallinie
> steckt doch im Photo.
>
> Nur muss man es kalibrieren, und der Kamera eine automatische Belichtung
> verbieten.

Na dann! Viel Erfolg bei diesem Vorhaben. Man muss es ja "nur" 
kalibrieren.:D

: Bearbeitet durch User
Autor: nachtmix (Gast)
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MaWin schrieb:
> Ein Prisma bzw. Grating vor einer Kanera reicht schon.

Ein wesentlicher Unterschied ist, dass bei einem Gitter als dispersives 
Element die Lage der Linien durch einen einfachen mathematischen 
Zusammenhang mit der Wellenlänge gegeben ist, während die Dispersion 
eines Prismas von der Glassorte und somit in komplizierter Weise von 
materialspezifischen Eigenschaften abhängt.

Auf diese Weise braucht man die Justage der Wellenlängenskala eines 
Gitterspektrometers nur an ein oder zwei leicht zugänglichen und 
bekannten Wellenlängen (z.B. Hg-Linien einer Leuchtstofflampe oder 
Flammenfärbung mit NaCl) zu überprüfen, während die 
Wellenlängenkalibrierung eines Prismenspektrometers die Möglichkeiten 
der meisten Bastler übersteigen wird.

Die spektrale Emfindlichkeit des Sensors ist am schwersten zu bestimmen.
Am einfachsten nimmt man die Empfindlichkeitskurve die der Hersteller 
des Chips angegeben hat, oder man kalibriert mit einer Halogenlampe, 
weil der Wolframdraht ein ganz passable grauer Strahler ist.
Bei beiden Methoden muss man aber mit merklichen Fehlern rechnen.

Kim schrieb:
> Kennt jemand dieses Gerät? Kann man damit wirklich echte Farbspektren
> für den sichtbaren Bereich erstellen (der Sensor ist wohl nur für Rot,
> Grün und Blau empfindlich, kann er dann auch Gelb detektieren)?

Das ist kein echtes Spektrometer, mit dem man die Wellenlängen von Licht 
bestimmt, sondern ein Filterphotometer, das i.W. die 
Augenempfindlichkeit nachbildet.

Gelb kann es also genau wie das Auge, durch die unterschiedlichen 
Anteile von Rot,Grün,Blau erkennen, aber genau wie das Auge kann man 
damit nicht entscheiden, ob das Gelb eine Mischfarbe ist, oder das 
monochromatische Natriumlicht einer Straßenlaterne.

Wenn du also Farben lediglich visuell vergleichen willst, bist du mit 
solch einem einfachen Filterphotometer, das die Augenempfindlichkeit 
nachbildet, gut gerüstet.

Wenn du aber wissen willst, bei welchen  Wellenlängen Lichtquellen 
arbeiten, oder wie die spektrale Durchlässigkeit von Farbfiltern oder 
das reflexionsverhalten einer Bananenschale aussieht, musst du zu 
dispersiven Spektrometern greifen, die jede einzelne im Licht enthaltene 
Wellenlängen auswerten.
Den visuellen Eindruck kann man aus einem solchen Spektrum immer noch 
rekonstruieren, indem man ihm die Kurve der spektralen 
Augenempfindlichkeit überlagert.

Heute verwendet man dafür meist Gitterspektrometer, aber da diese ausser 
guten Eigenschaften einige systematische Probleme aufweisen 
(Mehrdeutigkeit), haben auch  Prismenspektrometer noch ihre 
Daseinsberechtigung.
Gelegentlich verwendet man auch beide Verfahren gleichzeitig, aber das 
ist dann -auch preislich- eine andere Liga, wo es auf höchste Auflösung 
ankommt.

Autor: Christoph E. (stoppi)
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Autor: Timo Dittmar (Gast)
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Tach Zusammen,

um die Frage des TO zu beasntworten: IMHO kann das ELV kein richtiges 
Spektrum aufnehmen (es sei denn man nennt 3 Punkte 
(wellenlängenbereiche) schon ein Spektrum :-)

Um ein echtes Spektrum aufzunehmen braucht etwas mehr.

Verschiedene Lösungen mit Durchlichtgitter und Handykamera wurden ja 
schon genannt. Mit Durchlichtgitterm hatten wir für den Tag der Neugier 
bei uns mehrere Spektroskope gebaut die auch gut angenommen wurden.

Durchlichtgitter gab es früher direkt bei Astromedia, jetzt bei 
verschiedensten Shops (z.b. www.forscherladen.de)
Je nach Breite und Qualität des Eingangsspalts kann man damit bis in den 
Bereich von 5nm Auflösung kommen. Wenn man eine CCD Zeile verwendet und 
den Abstand vergrößert evtl sogar noch besser. Das Problem bei diesen 
einfachen Aufbauten sind aber Ausrichtung des Gitters zu dem Spalt und 
Streulicht und evtl der Überlapp höherer Ordnungen. Außerdem muss sowohl 
die Wellenlängenskala als auch die Intensitätsskala kalibriert werden.

Ich persönlich habe mir mal ein Hamamatsu C12880MA Mini Spektrometer 
zugelegt.

https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/type/C12880MA/index.html

Ca. 15nm Auflösung (und mäßige FWHM Werte), dafür gibt es aber die 
Wellenlängenkalibration direkt dazu und das ganze ist recht 
reproduzierbar und stabil und super einfach auszulesen. 
Intensitätskalibration muss allerdings auch hier vorgenommen werden, das 
Datenblatt gibt nur Anhaltspunkte :-)

Sind etwas schwierig als Einzelstücke zu bekommen, ich habe meins über 
https://groupgets.com bekommen dort gibt es sie hin und wieder, aktuell 
läuft aber IMHO keine aktion. Ist auch mit ~220$ + Einfuhrumsatzsteuer 
etwas teurer als die anvisierten 100€

Grüße

Timo

Autor: Kim (Gast)
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Ah, super, Danke für die vielen Vorschläge und guten Erklärungen! :)

https://www.theremino.com/de/downloads/automation#spectrometer

Habe auch schon eine ältere Web-Cam dafür "geschlachtet". Ist aber noch 
nicht fertig ins Gehäuse gebaut.
Immerhin, die Spektrometersoftware hier läuft schon mal unkompliziert, 
auch mit der verwendeten Web-Cam:
https://www.theremino.com/wp-content/uploads/files/Theremino_Spectrometer_V2.8.zip


Auf der Theremino-Seite gibt es überhaupt viele interessante Projekte 
aus allen Bereichen der Elektronik:
https://www.theremino.com/de/applications


Großartig finde ich auch das Olivenöl-Meter, mit dem man gekauftes 
Olivenöl aus dem Supermarkt auf Reinheit untersuchen kann (das wird ja 
gerne von den Produzenten oder Großhändlern gepanscht).
https://www.theremino.com/de/downloads/automation#oilmeter

Autor: Kim (Gast)
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Kim schrieb:
> Großartig finde ich auch das Olivenöl-Meter, mit dem man gekauftes
> Olivenöl aus dem Supermarkt auf Reinheit untersuchen kann (das wird ja
> gerne von den Produzenten oder Großhändlern gepanscht).
> https://www.theremino.com/de/downloads/automation#oilmeter

Das gleiche für Rapsöl, das häufig mit Mineralölen verunreinigt ist, 
wäre auch super :)

Un wenn man damit noch Pyrrolizidinalkaloide in Honig und Oregano 
(-Lösung) erkennen könnte, um so besser :)))

Autor: Kim (Gast)
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Jedenfalls ist der Testaufbau fertig.

Im Anhang das eben selbst aufgenommene Spektrum einer warmweißen 
Energiesparlampe zu sehen. Damit kann man auch direkt die 
Wellenlängenanzeige kalibrieren, was ich auch sofort getan habe (ist 
ziemlich simpel).


Man könnte die Auflösung wahrscheinlich noch wie folgt verbessern:

-innen Schlitzblenden in den Strahlengang einbauen (gegen Streulicht) 
und alles dunkel (z.B. mit schwarzem Samt) auskleiden

-den Schlitz statt wie bei meinem Aufbau 0,5mm breit in Tonerkarton: 
besser schmaler mit verstellbaren Rasierklingen ausführen

-das Beugungsgitter drehbar auf dem Kameraobjektiv befestigen *)


*)bei mir ist es festgeklebt - um die nächste Schärfestufe zu erreichen, 
muss das Objektiv um 180° gedreht werden, damit die Gitterausrichtung 
wieder stimmt. Liegt die beste Schärfeeinstellung dazwischen, müsste man 
das Gitter entsprechend ausrichten können, ohne das Objektiv zu 
verdrehen.

Autor: MaWin (Gast)
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Kim schrieb:
> Jedenfalls ist der Testaufbau fertig.

Schöne Bilder.

Wie hast du es aufgebaut ?

Weil es mir im Zusammenhang mit dem Smartphone-Spektrometer bzw. auf USB 
Kameras basierenden Selbstbauspektrometern gerade auffällt:

Ist es nicht Unsinn, ein Spektrum mit einer Farbkamera messen zu wollen, 
weil diese mit Farbfiltern gerade kein vollständiges Spektrum erfasst, 
sondern nur R, G und B anteilig ?

Reicht Software, um die nicht perfekten sondern sich teilweise 
überlappenden Filterbereiche für ein Graustufenbild zu rauszurechnen, 
daß man tatsächlich ein Spektrum erhält, ist nicht die Empfindlichkeit 
zwischen den RGB Farbkorrdinaten so mies, daß dazwischen eigentlich 
nicht mal Schätzwerte sondern nur Rauschen rauskommt ?

Mir dünkt, für ein Spektrometer müsste man entweder einen ungefilterten 
CCD Liniensensor, oder eine Photodiode hinter motorisch drehbarem 
Gitter/Prisma, nutzen (was wegen der dann benötigten 2 Schlitze wohl zu 
sehr wenig Licht führt, also eher Photomultiplier als Photodiode).

Autor: Johann J. (johannjohanson)
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MaWin schrieb:
> Mir dünkt, für ein Spektrometer müsste man entweder einen ungefilterten
> CCD Liniensensor

... unter Berücksichtigung der Kurve der spektralen Empfindlichkeit ...

Ja, so sehe ich das auch.

https://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter

https://www.silkypix.de/tutorials/was-ist-raw

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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Johann J. schrieb:
> Ja, so sehe ich das auch.

Ich find halt im Theremino-Artikel die Kurven für Glühlampen/Halognlamen 
SEHR wellig.

https://www.theremino.com/wp-content/uploads/files/Theremino_Spectrometer_Spectrums_ENG.pdf

Autor: Johann J. (johannjohanson)
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MaWin schrieb:
> Ich find halt im Theremino-Artikel die Kurven für Glühlampen/Halognlamen
> SEHR wellig.

Es werden halt gefilterte und (nach Schärfe-  Kontrast-  
...-Einstellungen) berechnete RGB-Daten zu "Quasi-Rohdaten" 
zurückgerechnet.

Da bleibt schon mal was auf der Strecke ...

Beitrag #5936822 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)
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Ein garnichtmal so kleines Problem in der Praxis besteht darin: Wie 
bringt man eine Kamera bzw. den zugehörigen Treiber dazu, nicht ständig 
mit der automatischen Anpassung von Belichtung, Weißabgleich etc. 
herumzufuchteln?

Dazu muss man tief in die entsprechende API vordringen, sofern man sie 
denn hat ... Damit man damit nicht bei jeder Kamera aufs Neue anfängt, 
sollte man irgendwas standardisiertes nehmen, UVC-Kameras z.B.

Beitrag #5936923 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5937045 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Kim (Gast)
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Frank E. schrieb:
> Ein garnichtmal so kleines Problem in der Praxis besteht darin: Wie
> bringt man eine Kamera bzw. den zugehörigen Treiber dazu, nicht ständig
> mit der automatischen Anpassung von Belichtung, Weißabgleich etc.
> herumzufuchteln?

Frank E. schrieb:
> Ein garnichtmal so kleines Problem in der Praxis besteht darin: Wie
> bringt man eine Kamera bzw. den zugehörigen Treiber dazu, nicht ständig
> mit der automatischen Anpassung von Belichtung, Weißabgleich etc.
> herumzufuchteln?

Man kann unter 'Video Input Device' eine Menge Sachen einstellen. Am 
besten ist es wohl, wenn man für den Aufbau direkt den vorgeschlagenen 
Web-Cam-Typ verwendet, denn für den sind die richtigen Einstellungen im 
PDF dokumentiert, um den ganzen Automatikkram zu deaktivieren (ich 
selber habe einfach irgendeine Web-Cam, die hier noch rumflog, verwendet 
und muss das jetzt irgendwie durchtesten).

Autor: Kim (Gast)
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Im Moment wird die Lichtquelle am 'blanken Schlitz' getestet. Bei LEDs 
(allgemein: bei kleinformatigen Lichtquellen) hängt das gemessene 
Spektrum teilweise davon ab, welcher Teil der LED grade einstrahlt. Bei 
mehrfarbigen LEDs z.B. kann damit eine saubere Messung schwierig werden.

Eigentlich bräuchte man so etwas wie einen Diffusor vor dem Schlitz, 
der das einfallende Licht homogenisiert.
Habe dazu mit milchigem Kunststoff und Papier experimentiert, aber die 
von mir getesteten Materialien haben leider das Spektrum ziemlich 
verändert.

Hat jemand eine Idee, welches Material gut als Diffusor verwendet werden 
kann?

Autor: Egon D. (egon_d)
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Kim schrieb:

> Hat jemand eine Idee, welches Material gut als
> Diffusor verwendet werden kann?

Ggf. geht Gips (natürlich REmittierend, nicht TRANS-
mittierend :)

Autor: Lurchi (Gast)
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In Reflexion soll Teflon Band ganz gut gehen.  Ideal hätte man da so 
etwas wie eine Ulbricht Kugel. Kugel muss man da nicht zu wörtlich 
nehmen - das darf bis zum Würfel gehen.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Kim schrieb:

> Eigentlich bräuchte man so etwas wie eine

Am besten wäre wohl die Verwendung einer Ulbrichtkugel.
https://de.wikipedia.org/wiki/Ulbricht-Kugel

Autor: Kim (Gast)
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Vielleicht einen Tischtennisball aufschneiden, mit Teflonband 
auskleiden, zusammenkleben, außen mit Alufolie versehen und dann zwei 
Löcher im 90°-Winkel, eins für den Lichteintritt und eins für den 
Lichtaustritt... ???

Autor: Kim (Gast)
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Oder den Ball innen mit Bariumsulfat-haltigem Deckweiß auspinseln...
https://de.wikipedia.org/wiki/Bariumsulfat#Als_Wei%C3%9Fpigment

Autor: Kim (Gast)
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Bei Interesse kann man hier auch noch den Aufbau sehen.

Die Kamera sitzt auf einer Leiterplatte, die oben mit schwarzem 
Fotokarton beklebt ist und wird in das ehemalige Festplattengehäuse 
eingeschoben.

Die Blende minimiert "Geisterbilder".

Der Einlass-Schlitz ist nur in den Abdeck-Karton geschnitten und könnte 
deutlich schmaler sein.

Auf das Kameraobjektiv ist das Beugungsgitter aus einem gespaltenen 
DVD-Rohling aufgeklebt.

Autor: Kim (Gast)
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Hier noch mit ein paar Anmerkungen im Bild.

Beitrag #5941553 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5941681 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5941682 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5941683 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5941691 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5941697 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5941736 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Johann J. (johannjohanson)
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Autor: HildeK (Gast)
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Kim schrieb im Beitrag #5941691:
> Vor- oder Nachname fehlt oder beides?

Beides.
Vielleicht wirst du hier fündig: 
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm

Autor: Johann J. (johannjohanson)
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HildeK schrieb:
> Kim schrieb:
>> Vor- oder Nachname fehlt oder beides?
>
> Beides.

Wen interessierts? Wenn hier 10 Tatütata auftreten ist es mir auch egal 
- ich wundere mich dann halt. Aber hier kann sich jeder anmelden und 
damit ein "Unikat" werden.

Autor: Kim (Gast)
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Du kannst den echten MaWin aber auf keinen Fall mit irgendwelchem 
Tatütata gleichsetzen!


Ansonsten Danke für die Links!

So ein Beugungsgitter mit 1000Linien/mm im Diaformat habe ich hier:
https://experimentis-shop.de/beugungsgitter-fuer-optische-versuche-detail-441.html


Frage mich und euch

a) ob es bessere Ergebnisse bringt als die "halbierte" DVD, die momentan 
verwendet wird

b) wie man es anbringen kann, ohne dass es auf dem Objektiv aufgeklebt 
sein muss (damit man stufenlos scharfstellen kann, also zur Vermeidung 
des 180°-Effekts)

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