Strahlenbündel, Lichtbündel

Die Gesamtheit einer größeren Zahl von Lichtstrahlen, die durch irgendeine Blende begrenzt wird. Besondere Fälle sind divergente, konvergente und parallele Strahlenbündel Ein divergentes Strahlenbündel kommt von einem einzigen Punkt (z. B. einer punktförmigen -> Lichtquelle) her, ein konvergentes läuft in einen einzigen Punkt zusammen; gemeinsam bezeichnet man solche Strahlenbündel auch als homozentrisch. Ein Parallelstrahlenbündel ist der Spezialfall eines homozentrischen Strahlenbündels, dessen Zentrum in unendlicher Entfernung liegt.

Zu jedem homozentrischen Strahlenbündel (Strahlensystem) gibt es stets Orthogonalflächen (in der Wellentheorie die Wellenflächen); diese sind Kugelflächen mit dem Bündelzentrum als Krümmungsmittelpunkt. Bei einem Parallelstrahlenbündel sind die Orthogonalflächen parallele Ebenen. Nach dem Malusschen Satz der geometrischen Optik besitzt jedes von einem Punkt herkommende Strahlenbündel auch nach wiederholten Spiegelungen und Brechungen an jeder beliebigen Stelle eine Orthogonalfläche.

Ein Strahlenbündel, das von einem Punkt eines abzubilidenden Gegenstandes (Dingpunkt) ausgeht und durch den meist kreisförmigen Querschnitt der spiegelnden oder brechenden Fläche, auf die es fällt, begrenzt wird, bezeichnet man auch als Strahlenkegel. Dieser ist nur für Dingpunkte, die auf der Achse des Systems liegen, ein gerader Kegel, für alle anderen Punkte ein schiefer. Der Öffnungswinkel (-> Kegel) des Strahlenkegels ist durch die Entfernung des Gegenstandes und die Öffnung des optischen Systems (Eintrittspupille) bedingt.

Die Strahlen, die den Kegelmantel bilden, bezeichnet man als Randstrahlen, den Strahl, der die Spitze des Kegels mit der Mitte der Eintrittspupille (bei einer Kugelfläche der Scheitel) verbindet, als Hauptstrahl. Für Dingpunkte, die auf der Achse liegen, ist die Achse der Hauptstrahl des Strahlenkegels; letzterer ist in diesem Fall mit dem optischen System koaxial. Zeichnet man für jeden Punkt eines ausgedehnten Gegenstandes den Hauptstrahl, so bilden die Hauptstrahlen ihrerseits ein Strahlenbündel, aber ein konvergentes (Hauptstrahlenbündel), dessen Zentrum in der Mitte der Eintrittspupille liegt (Abb.). Bei einem nicht vignettierten symmetrischen System fällt der Hauptstrahl mit dem Schwerstrahl zusammen (Kardinalelemente).

Auf der Bildseite lassen sich ebenfalls Strahlenkegel und Hauptstrahlen konstruieren; man unterscheidet deshalb zwischen dingseitigen und bildseitigen Strahlenkegeln und zwischen dingseitigem und bildseitigem Hauptstrahlenbündel. Natürlich wird bei der optischen Abbildung nur im Idealfall ein Punkt wieder als Punkt abgebildet. In Wirklichkeit ist ein bildseitiger Strahlenkegel nicht streng homozentrisch (stigmatisch, -> Punktabbildung), sondern besitzt eine gewisse Vereinigungsweite. Über Abweichungen von der punktförmigen Abbildung und über astigmatische Strahlenbündel (Meridional- und Sagittalbündel) Abbildungsfehler.
Ein sich in einer Ebene ausbreitendes (z. B. durch einen Spalt abgeblendetes) Strahlensystem heißt Strahlenbüschel. Wie beim Bündel unterscheidet man zwischen divergenten, konvergenten und parallelen Strahlenbüscheln. In der älteren Literatur findet man die Bezeichnung Strahlenbüschel für homozentrische Strahlenbündel und die Bezeichnung Strahlenbündel nur für Parallelstrahlenbündel.

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Datum der letzten Änderung : Jena, den: 04.11. 2016