Linse (Optik)
simple:LensAls Linse bezeichnet die Optik einen Gegenstand, der durch Brechung den Lauf von Lichtstrahlen vorhersagbar und kontrolliert verändert. Das verwendete Material muss für das Licht transparent (oder durchsichtig) sein. Oft werden Glas, Kristalle oder Kunststoffe verwendet.
Eine Linse ist in der Regel aus einem Stück hergestellt, und besitzt zwei gegenüberliegende Seiten, die in einer speziellen Krümmung angelegt sind. Das Licht fällt auf der einen Fläche auf die Linse ein, und tritt auf der anderen Fläche wieder aus. Die genaue Form dieser beiden Flächen zusammen mit den Materialeigenschaften (Brechungsindex) bestimmt die optische Eigenschaft der Linse.
Die ersten Linsen kamen zur Korrektur von Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit als Brillengläser zum Einsatz, einige Zeit später wurden die ersten Fernrohre und Mikroskope als optische Apparate aus Linsen aufgebaut. Auch Kontaktlinsen arbeiten nach dem generellen Prinzip einer Linse.
| Table of contents |
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2 Linsenform und Brennweite 3 Abbildungen mit Linsen 4 Abbildungsfehler 5 Linsensysteme 6 Andere Linsentypen |
Bei den einfachsten Linsen sind die beiden optisch aktiven Flächen sphärisch. Das heißt, sie sind Oberflächenausschnitte einer Kugel. Daher kann man diesen Flächen Krümmungsradien zuordnen.
Jede dieser Flächen kann konkav, eben oder konvex sein:
Daneben gibt es Zylinderlinsen, die in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen verschiedene Krümmungen haben.
Die optischen Eigenschaften einer Linse kann man durch ihre Brennweite, mit f abgekürzt, zusammenfassen.
Die Brennweite ist der Abstand von der Linse, bei der parallel einfallendes Licht gebündelt wird (Sammellinse) oder von der parallel einfallendes Licht zu stammen scheint (Zerstreulinse).
Die Brennweite hängt von den Krümmungsradien, Grundformen der Linsen
Man unterscheidet
Daneben gibt es Linsen, die eine konkave und eine konvexe Fläche besitzen; solche Linsen dienen oft zur Korrektur von Aberration (s. u.) in optischen Systemen mit mehreren Linsen.Linsenform und Brennweite
und 
der beiden Linsenflächen ab.
Es ist
wobei 
,
der Brechungsindex des Linsenmaterials und 
die Dicke der Linse in ihrem Achsmittelpunkt ist.
Wenn die betrachteten Linsen relativ dünn sind, kann man obige Gleichung zu
vereinfachen.
Der Wert von 
.
ist positiv für Sammellinsen und negativ für Zerstreulinsen.
Der Kehrwert der Brennweite wird auch als die Stärke der Linse bezeichnet, und in Dioptrie (Einheit 1/Meter) gemessen.
Linsen, die auf einer Seite konxav, auf der anderen Seite konvex sind, und deren Krümmungsradien beider Flächen gleich sind, habe eine Linsenstärke von Null, oder eine unendliche Brennweite.
Eine wichtige Eigenschaft einer Linse ist das Prinzip von der Umkehrung des Lichtweges: Wenn ein von einer Seite einfallender Lichtstrahl entlang seines Weges verfolgt wird, so wird ein entgegengesetzt einfallender Lichtstrahl diesen Weg genau umgekehrt durchlaufen.
Eine Sammellinse fokussiert parallel zur Linsenachse einfallende Lichtstrahlen in den Brennpunkt, der den Abstand
Allgemein kann man Objekte mit Hilfe einer Sammellinse abbilden.
Dabei bezeichne im Folgenden Abbildungen mit Linsen
, die Brennweite, von der Linse hat;
umgekehrt wird von dem Brennpunkt ausgehendes Licht, das durch die Linse fällt, in ein Bündel paralleler Lichtstrahlen umgelenkt.
den Abstand des Objektes von der Linse, und 
den Abstand des Bildes von der Linse.
Wenn die Linse dünn ist, gilt
Diese Sprechweise sagt, dass ein Objekt, das sich im Abstand 
.
von einer Linse der Brennweite befindet, auf einen Schirm abgebildet wird, der sich im Abstand auf der anderen Seite der Linse befindet.
Voraussetzung ist, dass 
ist.
Ein Fotoapparat arbeitet nach diesem Prinzip; der Schirm ist in diesem Falle der zu belichtende Film (oder, in digitalen Fotoapparaten, die zu belichtende Halbleiterschicht), auf den das so genannte reelle Bild abgebildet wird.
Wenn sich jedoch das Objekt zwischen Brennpunkt und Linse befindet (d. h. 
, dann wird negativ; das Bild erscheint virtuell, und erscheint vor der Linse. Obwohl man ein virtuelles Bild nicht auf einen Schirm abbilden kann, ist es für einen Beobachter, der durch die Linse blickt, ohne weitere Hilfsmittel sichtbar. Eine Lupe arbeitet nach diesem Prinzip.
Die Vergrößerung einer Linse ist durch
der Vergrößerungsfaktor ist.
Ein negatives bedeutet hier ein reelles und auf dem Kopf stehendes Bild;
ein positives bedeutet ein virtuelles Bild, das aufrecht steht.Obige Formel kann auch für Zerstreuungslinsen verwendet werden. Solche Linsen ergeben aber nur virtuelle Bilder.
Von Abbildungsfehlern spricht man dann, wenn die verschiedenen Lichtstrahlen, die von dem Objektpunkt ausgehen, nicht alle in einem Bildpunkt fokussiert werden.
Die wichtigsten Abildungsfehler sind die sphärische und die chromatische Aberration.
Optische Systeme (Mikroskop, Teleskop) enthalten immer mehrere Linsen.
Oft werden, um Aberration zu verhindern, auch theoretisch denkbare Einzellinsen aus mehreren Komponenten zusammengesetzt.
Für zwei einander berührenden Linsen, die natürlich an den Berührflächen die gleiche Krümmung besitzen müssen, läßt sich die gesamte Brennweite
Abbildungsfehler
Linsensysteme
aus der Brennweite der einzelnen Linsen 
und 
(in der Näherung dünner Linsen) mittels
bestimmen.
Da man 
die Stärke einer Linse nennt, kann man sagen, dass die Stärke zweier Linsen die Summe der einselstärken ist.Andere Linsentypen
