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PI X E L - Z O O


4. Fokussierung von Licht


Bisher haben wir aus dem gesamten Strahlenbündel immer nur einen einzigen, auf eine unendlich dünne Linie zusamengezogenen, Lichtstrahl betrachtet. Wie wir gesehen haben, befolgt dieser Einzelstrahl das Reflexions- und das Brechungsgesetz.

Für die Praxis mindestens ebenso wichtig ist die Frage, wie es sich bewerkstelligen läßt, dass sämtliche von einem (Gegenstands-)Punkt ausgehenden Strahlen wieder in einem einzigen (Bild-)Punkt zusammenlaufen. Wenn es gelingt, ein 'Gerät' zu konstruieren, mit dessen Hilfe die divergent auseinanderlaufenden Strahlenbüschel der Lichtquelle, bzw. des 'Senders' an einer anderen Stelle wieder in einem Bild -, bzw. Empfängerpunkt vereinigt werden können, dann wäre das ein Abbild der Lichtquelle, oder (leuchtenden)Gegenstandes.

Problem der Fokussierung : Wie kann - unter Beachtung des Fermat'schen Prinzips - das vom der Lichtquelle ( = Sender) ausgehende Strahlenbündel auf den Empfänger konzentriert werden?

Lassen Sie uns im obigen Bild zunächst das Strahlenbündel eines einzigen (Gegenstands-) Punktes betrachten:

Von der Quelle (Sender) laufen die Strahlen zunächst in alle Raumrichtungen. Auf den ersten Blick erscheint es vollkommen aussichtslos, sämtliche Lichtstrahlen so zu beeinflussen, dass sie sich wieder in einem (Bild-) Punkt treffen, denn sämtliche Strahlen müssen den kürzest möglichen Weg zwischen dem Sender (=Gegenstand) und dem Empfänger (=Bild) benutzen !

Der (zeitlich) kürzeste Weg ist ganz sicher die direkte Verbindungslinie zwischen Quelle und Empfänger; - für allen anderen Strahlen sieht es schlecht aus.

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Zur Lösung dieses Problems kann man sich die Tatsache zunutze machen, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in den verschiedenen Medien unterschiedlich groß ist. Wir hatten bereits im Zusammenhang mit der LIchtbrechung (Kapitel 3) darüber gesprochen.

Im Glas ist das Licht 1,5-mal langsamer als in der Luft . Wenn man nun das Licht auf den verschiedenen Wegen durch unterschiedlich lange Glasklötze künstlich verlangsamt, dann kann man sicher erreichen, dass sämtliche Lichtstrahlen die gleiche - kürzeste - Zeit benötigen. Im folgenden Bild ist eine Anordnung dargestellt, die diesen Anforderungen genügen könnte.

Obwohl das fokussierende System hier noch aus mehreren Glasklötzchen besteht, ist Ihnen sicher schon klar, was wir hier gerade konstruieren: eine Linse.

Im Rahmen des Fermat'schen Prinzips dient die Linse lediglich dazu die Laufzeiten für sämtliche Strahlen eines Lichtbündels gleich groß zu machen. Wenn wir für einen kurzen Moment vorgreifen und den Lichtstrahl als Wellenzug ansehen, dann wird die fokussierende Wirkung der Linse vielleicht etwas klarer: Der "Bildpunkt" ist im Rahmen des Wellenbildes genau der Ort an dem die Wellenzüge gleichzeitig, d.h. mit gleicher Phase eintreffen und sich durch 'konstruktive Interferenz gegenseitig verstärken, - na gut Einzelheiten dazu besprechen wir später !

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Prinzipskizze eines Fokussierenden Systems: Brechungsindex und die Abmessungen der in den Strahlengang eingefügten Prismen sind so abgestimmt, daß die Zeit für sämtliche Strahlverläufe gleich ist.

So, "theoretisch" ist jetzt klar wie man ein Lichtstrahlenbündel fokussieren kann. Jetzt müssen wir uns 'nur noch' um die praktische Realisierung kümmern. Im nächsten Abschnitt geht's los.