Fokus

In der Optik ist der Fokus der Punkt, an dem parallele Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch eine Linse oder nach der Reflexion an einem gekrümmten Spiegel zu einem einzelnen Punkt zusammenlaufen. Diese Konvergenz erzeugt ein scharfes Bild. Der Abstand von der Linsenoberfläche oder Spiegeloberfläche zum Fokuspunkt wird Brennweite genannt und in Millimetern oder Zentimetern gemessen, je nach optischem System. Bei einer einfachen Sammellinse wird die Brennweite durch den Krümmungsradius ihrer Oberflächen und den Brechungsindex des verwendeten Glases oder Kunststoffs bestimmt.

Echte optische Systeme haben zwei Hauptbrennpunkte, einen auf jeder Seite, obwohl eine Linse ein Bild nur an einem Brennpunkt erzeugt, wenn Licht in eine Richtung reist. Das Verschieben eines Objekts näher heran oder weiter weg von einer Linse verändert den Ort, an dem sich sein Bild bildet, daher haben Kameraobjektive Fokussiermechanismen: Durch Drehen des Fokusrings wird das Linsenelement physisch verschoben, um zu steuern, wo das einfallende Licht auf dem Sensor oder Film konvergiert. In der Mikroskopie ermöglicht der Feintrieb eine vertikale Verstellung um wenige Mikrometer, um die Objektebene genau mit der Bildebene auszurichten.

Aberrationen und praktische Grenzen

Unvollkommene Linsen bündeln nicht alle Strahlen zu einem wahren Punkt. Sphärische Aberration tritt auf, wenn Strahlen, die am Linsenrand vorbeilaufen, in einer anderen Entfernung konvergieren als solche, die nahe der Mitte vorbeilaufen. Chromatische Aberration entsteht, weil verschiedene Wellenlängen unter leicht unterschiedlichen Winkeln gebrochen werden, sodass rotes und blaues Licht in unterschiedlichen Entfernungen zum Fokus kommen. Diese Aberrationen begrenzen die Schärfe und den Kontrast des Endergebnisses und werden durch sorgfältige Linsengestaltung, den Einsatz mehrerer Linsenelemente und spezielle Glastypen korrigiert.

In der Fotografie und Mikroskopie bezieht sich die Schärfentiefe auf den Bereich der Objektentfernungen, die scharf erscheinen, wenn Kamera oder Mikroskop auf eine bestimmte Entfernung fokussiert sind. Das Abblenden der Blende (Verringerung ihres Durchmessers) vergrößert die Schärfentiefe, obwohl weniger Licht auf dem Sensor ankommt. Dieser Kompromiss zwischen Lichtstärke und Schärfe ist zentral für die optische Gestaltung und den täglichen Einsatz in bildgebender Ausrüstung.

Der Begriff Fokus stammt vom lateinischen Wort für Herd oder Kamin und bezieht sich auf den Punkt, an dem sich konzentriertes Licht oder Wärme sammelt. Frühe Experimentatoren mit gekrümmten Spiegeln beobachteten, dass Sonnenlicht, das von einem parabolischen Spiegel reflektiert wurde, Zunder am Fokus entzünden konnte, weshalb das Wort in der modernen Optik trotz seinen antiken Ursprungs bestehen bleibt.