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Lexikon der Optik: Linse

Linse, ein zumeist von zwei Kugelflächen begrenzter Körper aus durchsichtigem Stoff (meist Glas oder Kunststoff) mit definierter lichtbrechender Wirkung. Die L. verändert den Öffnungswinkel eines Strahlenbündels und hat abbildende Eigenschaften (optische Abbildung). Die Verbindungslinie der Mittelpunkte der begrenzenden Kugelflächen bezeichnet man als Linsenachse oder optische Achse; die Punkte, in denen sie die Flächen durchstößt, heißen Linsenscheitel.

Für den Krümmungsradius der Kugelflächen gilt die Konvention, daß er positiv gezählt wird, wenn der Krümmungsmittelpunkt rechts vom Scheitel liegt, und im anderen Falle negativ.

Nach der Art der abbildenden Wirkung unterscheidet man:

a) Sammellinsen oder Positivlinsen. Diese haben die Eigenschaft, die Divergenz eines Strahlenbündels zu verringern oder in eine Konvergenz zu verwandeln (Abb. 1a). Im letzteren Falle entsteht eine reelle Abbildung. Sammellinsen haben deshalb eine besondere Bedeutung bei optischen Instrumenten. Ihre Mittendicke ist stets größer als die Randdicke.

b) Zerstreuungslinsen oder Negativlinsen. Diese vergrößern die Divergenz eines Strahlenbündels (Abb. 1b). Die Abbildung bleibt stets virtuell. Zerstreuungslinsen dienen vorwiegend zum Ausgleich der Abbildungsfehler bei optischen Systemen. Ihre Mittendicke ist stets kleiner als die Randdicke.

Je nach der Abbildungsaufgabe kann eine L. unterschiedliche Formen annehmen. Abb. 2a-c zeigt Sammellinsen, und zwar: bikonvexe L. mit zwei Kugelflächen, deren Krümmungsradien ein unterschiedliches Vorzeichen besitzen (a), plankonvexe L. mit Kugelfläche und Planfläche (b), konkav-konvexe L. – auch als sammelnder Meniskus bezeichnet – mit zwei Kugelflächen, deren Krümmungsradien vorzeichenmäßig übereinstimmen (c). Abb. 2d-f zeigt die entsprechenden Zerstreuungslinsen: bikonkave L. (d), plankonkave L. (e), konvex-konkave L. oder zerstreuender Meniskus (f).

Kenngröße für die abbildenden Eigenschaften der L. ist die Brennweite (Brennebene). Diese hängt ab vom Krümmungsradius und der Lage der Kugelflächen, der Linsendicke sowie dem Brechungsindex des Linsenmaterials (Linsengleichung, Bildweite). Als Bezugspunkt für die Brennweite und die Objekt- und Bildweite beim Abbildungsvorgang dienen die Hauptpunkte der L. (Gaußsche Abbildung). Das sind die Schnittpunkte der Hauptebenen H, H' mit der optischen Achse (Abb. 2).

Jede Abbildung durch L. ist mit Abbildungsfehlern behaftet, die durch Kombination mehrerer Sammel- und Zerstreuungslinsen zu einem Linsensystem verringert werden können. Ähnliche Wirkung erzielt man in bestimmten Fällen durch von der Kugelform abweichende asphärische Flächen.

Sonderformen von L. sind: a) Flüssigkeitslinsen, bei denen der Raum zwischen zwei gekrümmten Glasschalen mit einer Flüssigkeit angefüllt ist und die besonders dann angewendet werden, wenn der Brechungsindex extreme Werte erreichen soll; sie sind bei Temperaturschwankungen instabil in ihrer optischen Wirkung und werden heute meist durch Sondergläser ersetzt. b) Spiegellinsen. Dies sind L., bei denen eine Fläche verspiegelt ist, so daß brechende und reflektierende Wirkung gleichzeitig auftreten und sich gegenseitig ergänzen. Sie werden besonders bei astronomischen Fernrohren, im Scheinwerferbau und bei Sonderformen von Photoobjektiven verwendet. c) Zylinderlinsen. Diese besitzen an Stelle der Kugelflächen Zylinderflächen. Hierdurch wird die Rotationssymmetrie der Abbildung aufgehoben, die Abbildung wird verzerrt. Sie werden angewendet für spezielle Beleuchtungsvorrichtungen, bei der anamorphotischen Abbildung und – in der Sonderform der torischen L. (torische Fläche) – in der Augenoptik.

Zur Verringerung von Reflexionen an den Linsenflächen werden darauf reflexvermindernde Schichten aufgedampft (T- bzw. MC-Belag), man spricht dann von vergüteten L.

Besondere Anwendung finden L. als Brillenglas. Speziell geformte L. sind die Fresnel-Linse, die Gürtellinse, das Linsenraster und die Mikrolinse. Neuerdings bemüht man sich auch, L. mit einem räumlich kontinuierlich veränderlichen Brechungsindex (Gradientenlinsen, Gradientenoptik) herzustellen.



Linse 1: Wirkung einer Sammellinse (a) und einer Zerstreuungslinse (b). F, F' Brennpunkt; f, f' Brennweite.



Linse 2: Linsenformen. a) bikonvex, b) plankonvex, c) konkav-konvex, d) bikonkav, e) plankonkav, f) konvex-konkav. H, H' Hauptebenen.

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