Linse

Eine Linse ist ein optisch transparentes Material, meist Glas oder Kunststoff, das so geformt ist, dass seine Oberflächen Lichtstrahlen (Lichtbrechung) auf kontrollierte Weise umlenken. Die beiden Oberflächen sind üblicherweise kugelförmig, können aber auch eben, zylindrisch oder asphärisch sein. Durch die Umleitung der Lichtstrahlen konzentriert eine Linse die Strahlen entweder auf einen Brennpunkt oder zerstreut sie, was sie für Kameras, Teleskope, Mikroskope, Projektoren und Brillen unverzichtbar macht.

Die häufigsten Linsentypen sind konvex (in der Mitte dicker) und konkav (in der Mitte dünner). Eine konvexe Linse bündelt Licht und erzeugt ein echtes, umgekehrtes Bild, wenn ein Objekt jenseits ihrer Brennweite sitzt; sie wirkt als Lupe, wenn sich das Objekt näher befindet. Eine konkave Linse zerstreut Licht und erzeugt immer ein virtuelles, aufrechtes, verkleinertes Bild. Die meisten optischen Systeme nutzen mehrere kombinierte Linsen, um Aberrationen zu korrigieren und die gewünschte Vergrößerung, Brennweite oder Bildfeld zu erreichen.

Materialien und Beschichtungen

Kronglas mit einem Brechungsindex um 1,52 bleibt der Standard für allgemeine Linsen. Flintglas mit Indizes von 1,6 bis 1,75 bietet höhere Dispersion und wird in Präzisionsanwendungen verwendet, um chromatische Aberration zu verringern. Kunststofflinsen (Polycarbonat, Acryl) sind leichter und schlagfester, leiden aber stärker unter Kratzern und thermischer Verformung. Anti-Reflexionsbeschichtungen, üblicherweise ein- oder mehrschichtige Interferenzschichten, reduzieren Oberflächenreflexionen von etwa 4 Prozent pro Luft-Glas-Grenzfläche auf unter 1 Prozent, was in hochleistungsfähigen Systemen entscheidend ist.

Optische Mängel beeinträchtigen jede Linse. Sphärische Aberration tritt auf, weil kugelförmige Oberflächen nicht alle Strahlen auf denselben Punkt fokussieren; parabolische oder asphärische Profile reduzieren dies, sind aber teuer herzustellen. Chromatische Aberration spaltet weißes Licht in Spektralfarben auf, weil der Brechungsindex mit der Wellenlänge variiert; sie wird durch die Kombination von Linsen unterschiedlicher Gläser korrigiert. Verzeichnung verbiegt gerade Linien; Vignettierung verdunkelt die Bildränder. Staub, Kratzer und innere Spannungsdoppelbrechung beeinträchtigen alle die Bildqualität.

Der Begriff Linse leitet sich vom Lateinischen für Linse ab, deren Samen der bikonvexen Form einer optischen Linse ähnelt. Das optische Design basiert auf der Linsenherstellergleichung, die die Brennweite mit den Brechungsindizes und Krümmungsradien verknüpft. In der Praxis wird die Linsenleistung durch die Brennweite (Abstand von der Linse, wo parallele Strahlen konvergieren), die Blendenzahl (Verhältnis der Brennweite zum Durchmesser der Blende) und die numerische Apertur (die die Lichtstärke und Auflösungsgrenze in der Mikroskopie definiert) angegeben.