Hallo. Ich möchte den Lichtstrahl einer 100Watt LED mit den Abmessungen von etwa 40*40 mm so stark wie möglich bündeln. Mit einer Linse. Welche Linse muss ich dafür nehmen? und welche Abmessungen muss die dann haben? Ich besitze eine Maclite Taschenlampe, bei der sich der Lichtstrahl auf 0 oder nahezu 0° abstrahlwinkel fokussieren läaesst. dieses geschieht jedoch mit eienm parabolreflektor. des weiteren besitze ich eine "billig" taschenlampe, bei der sich das Licht mittels plankonvexer linse auch sehr stark bündeln laesst. spielt dabei die Abmessung der Linse eine Rolle? oder nur die entfernung zur Lichtquelle?
@Carolin .. (Firma: ..) (carolin88) >Welche Linse muss ich dafür nehmen? Im Normalfall ein Sammellinse. > und welche Abmessungen muss die dann >haben? Kommt auf die Brennweite an. Pi mal Daumen vielleicht 50-100mm. >Ich besitze eine Maclite Taschenlampe, bei der sich der Lichtstrahl auf >0 oder nahezu 0° abstrahlwinkel fokussieren läaesst. Laser-Maglite? ;-) >spielt dabei die Abmessung der Linse eine Rolle? >oder nur die entfernung zur Lichtquelle? Beides.
Bei einem Dia- oder Filmprojektor muss die Lampe möglichst punktförmig sein, und zur Bündelung benutzt man eine "Kondensor" (nicht Kondensator) -Linse. http://de.wikipedia.org/wiki/Diaprojektor Eine leuchtende Fläche von 40*40mm ist nicht mehr punktförmig, das Ergebnis dürfte also schlechter sein. ELV macht derzeit viel Reklame um eine ziemlich teure Produktreihe "LED LENSER", Taschenlampen mit variabler Fokussierung: http://www.elv.de/taschenlampen-und-laternen-modellsport-freizeit.html
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Danke Falk und Christoph. @ falk: nein, eine normale mit einer LED drinnen. @Christoph: Ich habe mich glaube ich falsch ausgedrückt.. das licht soll einen "gebündelten" strahl ergeben. jedoch nicht in einem BRennpunkt gebündelt werden.. also so: ------------------- x ------------------- und nicht so : - - - - x O Brennpunkt - - - - mit dem Kondensor würde ich laut wikipedia ja eine Bündelung erhalten, die in einem Brennpunkt verlaeuft, wie in der 2. skitze, oder?
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Wie Christoph schon geschrieben hat, kann man das Licht einer flächigen Quelle nicht sauber bündeln, weder in einem Punkt noch als paralleles Strahlenbündel, weder mit einer Linse noch mit einem Parabolspiegel. Näherungweise geht das dann, wenn die Brennweite der Linse (oder des Spiegels) groß im Vergleich zum Durchmesser der Quelle ist. Ich habe dazu ein Bildchen gemalt (s. Anhang). Oben siehst du dein LED-Modul mit 40mm Höhe und eine Linse mit f=60mm Brennweite und D=120mm Durchmesser. Stellvertretend für die gesamte Leuchtfläche habe ich drei Punkte ausgewählt: Einen am oberen Rand, einen im Zentrum und einen am unteren Rand des LED-Moduls. Für jeden dieser drei Punke ist das abgestrahlte Lichtbündel und dessen Brechung durch die Linse dargestellt. Würde nur der mittlere Punkt leuchten, könnte man mit der im Abstand f angebrachten Linse ein paralleles Strahlenbündel erzeugen, das den Durchmesser der Linse hat. Auch die Punkte am oberen und unteren Rand ergeben jeweils parallele Strahlenbündel, die aber nicht parallel zur optischen Achse verlaufen, sondern um den Winkel α nach unten bzw. oben gedreht sind. Das gesamte abgestrahlte Licht ist daher um den Winkel 2·α aufgefächert. Ist d der Durchmesser der Lichtquelle, ist
In diesem Fall ist α≈18,4°. Im mittleren Bild wird eine Linse mit der doppelten Brennweite (f=120mm) verwendet, wodurch α auf etwa 9,5° reduziert wird. Das Licht wird jetzt also deutlich besser gebündelt. Allerdings trifft nun auch ein deutlich kleinerer Anteil des von den einzelnen Punkten auf der Lichtquelle ausgesandten Lichts auf die Linse. Man erkennt dies daran, dass die eingezeichneten Abstrahlkegel spitzer sind als im ersten Beispiel. Alle Lichtstrahlen die außerhalb dieses Kegels liegen, gehen ungenutzt an der Linse vorbei und können nicht gebündelt werden. Der Öffnungswinkel dieser Kegel hängt neben der Brennweite vom Linsendurchmesser ab und beträgt
Im ersten Beispiel ist β=90°, im zweiten nur β≈53°. Wenn der Abstrahlwinkel deines LED-Moduls nur ca. 50° beträgt, wird das meiste abgestrahlte Licht tatsächlich von der Linse aufgefangen. Ist der Abstrahlwinkel aber deutlich größer, musst du auch eine größere Linse verwenden, um zu verhindern, dass ein größerer Teil des Lichts ungenutzt bleibt. Im dritten Beispiel wird deswegen der Linsendurchmesser auf 240mm verdoppelt. Jetzt beträgt der Kegelwinkel wieder wie im ersten Beispiel β=90°, die Linse sammelt also gleichviel Licht. Trotzdem ist die Bündelung mit α=9,5° gleich gut wie im zweiten Beispiel. Lediglich der Durchmesser des Strahlenbündels vergrößert sich um 120mm, was aber in großer Entfernung, wo der Lichtfleck der Lampe sowieso immer größer wird, kaum noch auffällt. Der optimale Linsendurchmesser hängt also stark vom Abstrahlwinkel des LED-Moduls ab. Je stärker dieses schon von sich aus bündelt, desto kleiner kann die Linse gewählt werden. Damit du ein besseres Gefühl für die Wirkungsweise unterschiedlicher Linsendurchmesser und Brennweiten bekommst, bietet es sich an, selber weitere Bildchen dieser Art zu malen. Noch ein Tipp (ist mir jetzt erst eingefallen): Du kannst α in etwa halbieren, wenn du den Abstand der Lichtquelle zur Linse etwas größer als die Brennweite f machst. Wie groß genau, kannst du mit etwas Trigonometrie leicht ausrechnen.
240mm Linsendurchmesser ist schon sportlich, die Fresnellinse aus einem Polylux sollte dafür gehen.
Carolin .. schrieb: > das licht soll einen "gebündelten" strahl ergeben. Eben weil das mit Optik allein nicht funktioniert, wurden Laser erfunden. Und selbst deren Abstrahlwinkel ist größer Null, weswegen sie bspw. für den Einsatz in Schneidanlagen oder DVD-Laufwerken zusätzlich mit Linsen fokussiert werden.
Ich werfe mal folgende Idee in den Raum, besser Thread: Lichstrahl mit einer Sammellinse bündeln und im Brennpunkt in eine Glasfaser einspeisen. 1. Beim Austritt aus der Glasfaser wird sich der Lichtstrahl wieder streuen - oder? 2. Beim Austritt kann die Streuung ggf. wieder uber eine Optik auf einen Brennpunkt gebündelt werden.
Du bist nicht der erste mit dieser Idee. Funktioniert leider nicht: Invarianz der Leuchtdichte, gilt auch für Lichtleiter Sonst ließen sich einige Probleme der Beleuchtungstechnik sehr komfortabel lösen. Bedeutet: Wenn Du den Leuchtfleck kleiner machen willst, wird die Divergenz größer. Willst Du die Divergenz verringern, erkaufst Du das mit einem größeren Leuchtfleck. (Bei Fasern z.B. mit einem Taper.)
X. Y. schrieb: > 1. Beim Austritt aus der Glasfaser wird sich der Lichtstrahl wieder > streuen - oder? Ganz sicher. Ist auch nicht verwunderlich, wenn du dir das Prinzip des Lichtleiters anschaust. Man kann sich den LWL auch als eine Kette von Spiegeln vorstellen, die Photonen bewegen sich nicht geradlinig da durch, sondern quasi im Zickzackkurs von einer Seite der Reflexionsschicht zur anderen. Und so treten sie dann auch aus.
Stimmt, der Kondensor im Diaprojektor macht keinen achsparallelen Strahl. Wäre seine "Brechkraft" geringer, dann würde er das aber irgendwann tun. Die Optik zwischen Dia und Leinwand macht dasselbe wie die gute alte camera oscura mit einer Lochblende statt "Optik". Das Dia wird kopfstehend/seitenverkehrt auf die Leinwand projiziert. Der Kondensor verteilt zuächst die punktförmige Quelle möglichst gleichmäßig über das Dia, bevor sich die durchfallenden Lichtstrahlen wieder in der Lochblende punktförmig bündeln. Danach streben sie wieder auseinander.
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Christoph Kessler (db1uq) schrieb: > Wäre seine "Brechkraft" geringer, dann würde er das aber > irgendwann tun. Und wir könnten die Milchproduktion verzehnfachen, unter Annahme einer punktförmigen Kuh im Vakuum. Für einen divergenzfreien Strahlengang brauchst Du entweder: Eine unendlich kleine Lichtquelle. Oder: Eine Optik mit unendlicher Brennweite. Realistisch? Btw: Achsparallele Strahlen gibts im Diaprojektor eine ganze Menge. Nur keinen divergenzfreien Strahlengang. @TO: Wenn Du das mit der 40mm-LED machen willst, nimm die Fresnel-Linse aus dem Polylux. Brauchbare Divergenz, gute Lichtausbeute, mit den chromatischen Aberrationen musst Du leben.
Imho bräuchte man wenigstens die Kombination einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse, um eine so große flächige Lichtquelle zu einem engen parallelen Strahl zu bündeln.
Vlad Tepesch schrieb: > wenigstens die Kombination einer Sammel- und einer > Zerstreuungslinse Damit baust Du ein umgekehrtes Gallilei-Fernrohr auf. Optisch ist das ein System mit langer Brennweite auf kurzer Schnittweite. Ja, Du kannst damit einen Strahl mit geringer Divergenz erzeugen. Aber auch hier gilt die Invarianz der Leuchtdichte: Du erkaufst die geringe Divergenz mit einem geringen Eintrittswinkel, der Großteil des von der LED in den Raumwinkel (meist um die 120° Abstrahlkeule) abgestrahlten Lichtes gelangt nicht zum Ziel, weil es außerhalb des Eintrittswinkels des optischen Systems liegt.
könnte man, wie es glaub ich bei CCD (CMOS?) gemacht wird, SEHR viele kleine (ganz spezielle) Linsen (sagen wir mal 1 Million) auf der LED verteilen, welche alle auf einen punkt fokusieren.. und knapp vor diesem Punkt eine große linse..
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@ Robert L. (lrlr) >könnte man, wie es glaub ich bei CCD (CMOS?) gemacht wird, SEHR viele >kleine (ganz spezielle) Linsen (sagen wir mal 1 Million) auf der LED >verteilen, welche alle auf einen punkt fokusieren.. und knapp vor diesem >Punkt eine große linse.. Mein Gott, Auch ein nicht perfekter Reflektor mit nicht perfekter Lichtquelle lääst sich schon ganz gut bündeln. Wenn es noch besser ein muss, dann halt ein Laser, und selbst der hat eine Divergenz >0
Ich würde für erste Versuche eine Sammellinse mit dahintergeflanschtem
("umgedrehten") Kollimator versuchen.
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