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Beleuchtungssystem (Optik)

Beleuchtungssystem eines Diaprojektors:
links: Kugelspiegel zur Verdoppelung der Lichtmenge;
rechts: Kondensor (2 Linsen, dazwischen Wärmeschutzfilter); Dia (nicht gezeichnet; sein Halter liegt in der Regel direkt an rechter Kondensorlinse)

Ein Beleuchtungssystem dient in optischen Geräten zum Bündeln des von einer Lichtquelle stammenden Lichtstroms und zur gleichmäßigen Ausleuchtung von abzubildenden Objekten.[1]

Es ist Teil solcher abbildender optischen Systeme, im Wesentlichen eines Projektionsgerätes oder eines Mikroskops, wobei dem abbildenden optischen System außer einer Lichtquelle eine Beleuchtungsoptik vorgesetzt ist. Aufgabe der Beleuchtungsoptik ist,

  • möglichst viel Licht von einer relativ kleinen leuchtenden Fläche für den Abbildungsvorgang nutzen zu können.
  • Objekt so gleichmäßig wie möglich beleuchten

Neben der Lampe (Leuchtmittel) ist der Kondensor wesentliches Teil eines Beleuchtungssystems, das deshalb oft nur als Kondensor bezeichnet wird.

Leuchtmittel sind z. B. eine Kohlebogenlampe (veraltet), eine Halogenglühlampen oder eine Höchstdruck-Gasentladungslampen. Wenn das Leuchtmittel in den gesamten Raumwinkel abstrahlt, befindet sich auf der Rückseite oft ein Hohlspiegel, mit dessen Hilfe sich die Lichtausbeute in etwa verdoppeln lässt.[2][3] Das Leuchtmittel wird auf sich selbst abgebildet. Bei Leuchtmitteln mit Glühwendeln wird das Spiegelbild seitlich ein wenig versetzt, damit die Wendeldrähte von Original und Spiegelbild nicht aufeinander liegen. Der Leuchtfleck wird gleichmäßiger hell.

Zwischen der Beleuchtungs- und der Abbildungsoptik entsteht ein sogenannter verflochtener Strahlengang, der das gemeinsame Kennzeichen optischer Abbildungseinrichtungen mit künstlicher Lichtquelle ist: In einem verflochtenen Strahlengang fallen die Luken des Beleuchtungsstrahlengangs mit den Pupillen des Abbildungsstrahlungsgangs zusammen.[4]

Bei einem Projektor[5] ist zum Beispiel der Leuchtflächenrand der Lampe bereits Begrenzung für das Lichtbündel (kleiner Apertur-Winkel[6]), mit dem die Vorlage (Dia) abgebildet wird. Weil die Leuchtfläche sehr klein ist, wäre die Projektion zu lichtschwach. Deshalb wird sie mit Hilfe eines Kondensors als Feldlinse vergrößert in das Projektionsobjektiv abgebildet, wo sie als vergrößerte Eintrittspupille wirkt.[7] Für die Lichtoptik mit Kondensor ist sie Austrittsluke.[6]

Um die thermische Belastung der beleuchteten Gegenstände zu reduzieren, können im Strahlengang zusätzlich Wärmeschutzfilter eingebaut werden, die gegebenenfalls auch noch durch einen Luftstrom gekühlt werden können.[8] Zunehmend werden auch Projektoren mit Leuchtdioden als Lichtquelle gebaut, die sich durch eine relativ geringe Wärmestrahlung auszeichnen.[9]

Köhlerscher BeleuchtungsstrahlengangBearbeiten

Bei einem Mikroskop wird meistens die Köhlersche Beleuchtungseinrichtung[10] verwendet, wobei zwei beleuchtende und ein abbildender Strahlengang miteinander verflochten sind. Dem Kondensor ist noch eine Kollektorlinse vorgeschaltet. Die Lichtquelle ist dadurch weiter vom abzubildenden Objekt entfernt, wodurch es weniger erwärmt wird. Der Kollektor bildet die Leuchtfläche vor dem Kondensor in seinem Brennpunkt ab. Dort befindet sich statt der Leuchtfläche jetzt eine einstellbare Aperturblende, mit der die Helligkeit am abzubildenden Objekt eingestellt werden kann. Direkt hinter dem Kollektor gibt es auch eine einstellbare Blende. Sie heißt Leuchtfeldblende, mit der die Umgebung besonders kleiner abzubildender durchscheinender Objekte dunkel gemacht werden kann. Von solchen Objekten wird auf diese Weise störende umgebende Helligkeit ferngehalten (kein Überstrahlen). Die Leuchtfeldblende am Kollektor ist Eintrittspupille des Beleuchtungssystems und Eintrittsluke des abbildenden Systems.

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Heinz Haferkorn: Optik – physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen, Barth, Leipzig, 1994, ISBN 3-335-00363-2, S. 618
  2. Dieter Meschede: Gerthsen Physik. Springer DE, 2003, ISBN 3-540-02622-3, S. 496 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band III: Optik, Kapitel I,12: Strahlenoptik – Das Auge und einige optische Instrumente, 7. Auflage, Verlag Walter de Gruyter, Berlin / New York, 1978, Seite 158/159
  4. Dietrich Kühlke: Optik – Grundlagen und Anwendungen, Harri Deutsch, Frankfurt/Main, 2011, ISBN 978-3-8171-1878-6, S. 151
  5. Dietrich Kühlke: Optik. Harri Deutsch Verlag, 2004, ISBN 978-3-8171-1741-3, S. 154 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  6. a b Dietrich Kühlke: Optik. Harri Deutsch Verlag, 2004, ISBN 978-3-8171-1741-3, S. 92 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. Dietrich Kühlke: Optik – Grundlagen und Anwendungen, Harri Deutsch, Frankfurt/Main, 2011, ISBN 978-3-8171-1878-6, S. 160
  8. Gottfried Schröder: Technische Optik, Kapitel 6.2.1: Übersicht über Beleuchtungssysteme, Seite 114, 5. Auflage, Vogel-Buchverlag, Würzburg, 1986
  9. LED-Beamer: Konkurrenz für LCD und DLP-Projektor, chip.de, online abgerufen am 15. Oktober 2012
  10. Dietrich Kühlke: Optik. Harri Deutsch Verlag, 2004, ISBN 978-3-8171-1741-3, S. 145 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).