Beleuchtungssystem (Optik)
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.<ref>Heinz Haferkorn: Optik – physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen, Barth, Leipzig, 1994, ISBN 3-335-00363-2, S. 618</ref>
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 und
- das Objekt so gleichmäßig wie möglich zu 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.<ref name="Dieter Meschede">Dieter Meschede: Gerthsen Physik. Springer DE, 2003, ISBN 3-540-02622-3, S. 496 (eingeschränkte Vorschau in der Google-BuchsucheSkriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:GoogleBook“ ist nicht vorhanden.).</ref><ref name="optik">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</ref> 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.<ref>Dietrich Kühlke: Optik – Grundlagen und Anwendungen, Harri Deutsch, Frankfurt/Main, 2011, ISBN 978-3-8171-1878-6, S. 151</ref>
Bei einem Projektor<ref>Dietrich Kühlke: Optik. Harri Deutsch Verlag, 2004, ISBN 978-3-8171-1741-3, S. 154 (eingeschränkte Vorschau in der Google-BuchsucheSkriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:GoogleBook“ ist nicht vorhanden.).</ref> ist zum Beispiel der Leuchtflächenrand der Lampe bereits Begrenzung für das Lichtbündel (kleiner Apertur-Winkel<ref name="Küh92">Dietrich Kühlke: Optik. Harri Deutsch Verlag, 2004, ISBN 978-3-8171-1741-3, S. 92 (eingeschränkte Vorschau in der Google-BuchsucheSkriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:GoogleBook“ ist nicht vorhanden.).</ref>), 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.<ref>Dietrich Kühlke: Optik – Grundlagen und Anwendungen, Harri Deutsch, Frankfurt/Main, 2011, ISBN 978-3-8171-1878-6, S. 160</ref> Für die Lichtoptik mit Kondensor ist sie Austrittsluke.<ref name="Küh92"/>
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.<ref>Gottfried Schröder: Technische Optik, Kapitel 6.2.1: Übersicht über Beleuchtungssysteme, Seite 114, 5. Auflage, Vogel-Buchverlag, Würzburg, 1986</ref> Zunehmend werden auch Projektoren mit Leuchtdioden als Lichtquelle gebaut, die sich durch eine relativ geringe Wärmestrahlung auszeichnen.<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />LED-Beamer: Konkurrenz für LCD und DLP-Projektor ( des Vorlage:IconExternal vom 27. Juni 2018 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis., chip.de, online abgerufen am 15. Oktober 2012</ref>
Köhlerscher Beleuchtungsstrahlengang
Bei einem Mikroskop wird meistens die Köhlersche Beleuchtungseinrichtung<ref>Dietrich Kühlke: Optik. Harri Deutsch Verlag, 2004, ISBN 978-3-8171-1741-3, S. 145 (eingeschränkte Vorschau in der Google-BuchsucheSkriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:GoogleBook“ ist nicht vorhanden.).</ref> 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 Lichtquelle vor dem Kondensor in seiner Brennebene ab. Dort befindet sich eine einstellbare Aperturblende, mit der der Beleuchtungswinkel des abzubildenden Objektes eingestellt und an die numerische Apertur des Objektives angepasst werden kann. In Brennweitenabstand hinter dem Kollektor gibt es eine weitere einstellbare Blende. Sie heißt Leuchtfeldblende und wird mit Hilfe des Kondensors in die Objektebene abgebildet. Dadurch kann die beleuchtete Fläche dort auf das Bildfeld des Objektives beschränkt und somit störende umgebende Helligkeit ferngehalten werden (Streulicht). Die Leuchtfeldblende am Kollektor ist Eintrittspupille des Beleuchtungssystems und Eintrittsluke des abbildenden Systems.
Einzelnachweise
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