plankonvex
Englisch: planoconvex
Eine Seite eben, die andere Seite konvex.
Plankonvex: eine flache Seite, eine gewölbte Seite
Eine plankonvexe Linse hat auf einer Seite eine ebene Fläche und auf der anderen eine gekrümmte (konvexe) Fläche. Diese Asymmetrie macht sie in optischen Systemen nützlich, in denen Licht in eine bestimmte Richtung fokussiert oder kollimiert werden muss. Die gewölbte Seite leistet die Hauptarbeit; die ebene Seite dient als Befestigungsfläche oder als Austrittsfläche in bestimmten Anordnungen.
Plankonvexe Linsen gibt es je nach Anwendung in zwei Orientierungen. Wenn Licht zuerst auf die gewölbte Seite trifft, verhält sich die Linse wie ein schwaches Fokuselement; wenn Licht zuerst auf die ebene Seite trifft, wird sie zu einer Kollimationslinse oder erzeugt eine andere Brennweite. Die Wahl ist wichtig, weil die sphärische Aberration, die dazu führt, dass achsenferne Lichtstrahlen in leicht unterschiedlichen Punkten fokussieren, sich bei verschiedenen Orientierungen erheblich unterscheidet. Einfallendes Licht durch die gewölbte Fläche verteilt die Aberration gleichmäßiger über das Feld.
Übliche Materialien und Größen
Kronglas und Borosilicatglas sind Standardmaterialien für Sichtlichtanwendungen, mit Durchmessern üblicherweise zwischen 6 mm und 50 mm für Laboroptiken. Infrarotsysteme verwenden Zinkseleníd oder Germanium. Die Herstellung umfasst das Schleifen und Polieren der gekrümmten Fläche auf einen präzisen Radius, während die ebene Seite flach bis auf Lambda/4 oder besser gehalten wird (etwa 0,13 Mikrometer für grünes Licht). Größere plankonvexe Linsen durchhängen an der ebenen Fläche; sehr große Durchmesser erfordern mechanische Abstützung oder müssen in Fassungen montiert werden, die sie horizontal halten.
In der Praxis kommen plankonvexe Linsen in der Laserstrahlformung, der Kollimation von LEDs und als Kondensoroptiken in der Mikroskopie vor. Sie sind günstiger als symmetrische bikonvexe Ausführungen, da eine Fläche nicht geschliffen werden muss. Allerdings führen sie zu mehr Koma und Astigmatismus als bikonvexe Linsen mit gleicher Brennweite, was ihre Verwendung in hochpräziser Bildgebung begrenzt. Die Kombination einer plankonvexen Linse mit einem anderen Linsenelement korrigiert diese Aberrationen häufig besser als die Verwendung von zwei plankonvexen Linsen zusammen.
Die Brennweite einer plankonvexen Linse hängt vom Krümmungsradius, dem Brechungsindex des Glases und der Dicke ab. Eine typische Kronglas-Plankonvexlinse mit Radius 50 mm und Dicke 5 mm hat eine Brennweite von etwa 100 mm. Dickevariationen sind relevant; dicke Linsen weichen von der Dünnglas-Gleichung ab und erfordern Korrekturfaktoren, wenn hohe Genauigkeit nötig ist.