Linse Objektiv

Dies kann zum einen der Lichteintritt aus der Raumluft in das Fenster, der Wechsel zwischen zwei verbundenen Fenstern oder der Ausstieg aus dem Fenster in die Raumluft sein. Wenn man sich das durch die Linse strahlende Bild vorstellt, ist die Lichtbrechung eine Biegung des Lichtstrahls an jedem einzelnen Punkt.

Die Brechzahl des eingesetzten Werkstoffes gibt an, wie hoch die Lichtbrechung ist. Unterdruck hat einen Lichtbrechungsindex von exakt 1, Luftdruck von ca. 1,0003, Wassertemperatur 1,33 und optischen Gläsern zwischen 1,5 und 1 und 2. Die Lichtreflexion resultiert aus der unterschiedlichen Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Material. Treffen die Lichtstrahlen exakt in der Senkrechten auf einen Übergangsbereich, ändert sich die Ausrichtung nicht.

Treffen die Lichtstrahlen in einem Winkel auf den Übergangsbereich, werden sie entweder zur Senkrechten oder von ihr weg gebeugt. Spezialfälle wie z. B. Beugungen oder Reflexionen an Spiegel-Elementen zur Bildgenerierung in Linsen werden später bearbeitet. Entscheidend für die Eigenschaften einer Linse ist ihre Ausprägung. Ein einfaches Glas, dessen Flächen exakt parallelisiert sind (planparallel), kann nicht als Linse verwendet werden.

Der Brechungseffekt beim Lichteintritt aus der Raumluft findet mit der gleichen Intensität beim Ausgang aus dem Fenster in die Raumluft statt. Die Konvergenzlinse fokussiert das einfallende Sonnenlicht an einem Ort hinter der Linse, während diffraktive Linsen das einfallende Sonnenlicht so aufteilen, als ob es von einem Ort vor der Linse eintreffen würde. Der Brennweitenbereich bezeichnet den Bereich zwischen der Hauptobjektivebene und der Fokusebene.

Das Hauptelement ist eine Verkleinerung der Linse zu einer dünnen Lage mit der Beschaffenheit der Gesamtobjektiv. Als Brennpunktebene wird die Fläche bezeichnet, in der sich die parallelen Lichtstrahlen beim Durchgang durch die Linse berühren. Biegsame und wechselbare Gläser, vergleichbar mit der Linse des Menschen, wurden bereits mehrmals vorgestellt, sind aber (noch) nicht zur Markteinführung bereit.

Beispielsweise besteht eine gängige Linse aus einer Mischung vieler Gläser mit festen Merkmalen. Ein Objektiv hat immer zwei Flächen, in die das Sonnenlicht eintritt oder eintritt. Einseitig kann die Linsenfläche flach, hohl oder hohl sein. Die gewölbte Fläche ist zur Linsenmitte hin gebogen, die gewölbte nach aussen.

Beim Festlegen einer Objektivform werden die beiden Spezifikationen in der Größenordnung des einfallenden Lichtbündels zusammengefasst. Ein flachkonvexes Objektiv ist daher auf der Eintrittsseite flach und auf der Austrittseite gewölbt. Für eine Einzellinse können die wesentlichen Merkmale durch die Auswahl von Material und Oberflächengestaltung auf zwei Ebenen festgelegt werden.

Zur Erzielung bestimmter Merkmale in einem optischen System werden die einzelnen Objektive zu Linselementen zusammengefaßt. Zwei Gläser werden entweder mittels Klebstoff so miteinander verbunden, dass sie je eine Fläche aufteilen oder so gegriffen, dass sie einen sehr schmalen, festgelegten und luftgefüllten Zwischenraum haben. Dies gibt dem Linsendesigner mehr Optionen, um die gewünschte Eigenschaft durch die Kombination von drei oder vier Flächenformen und zwei verschiedenen Werkstoffen zu erwirken.

Vor allem Farbabweichungen durch verschiedene Linseneigenschaften in Funktion der Wellenlängen des einfallenden Lichtes können deutlich verringert werden. Im einfachsten Falle ist die Fläche einer Linse ein sphärischer Schnitt und die Brechkraft wird durch den Kreisradius des sphärischen Schnittes festgelegt. Kugellinsen (aus der griechischen "Kugel") sind zwar verhältnismäßig leicht herstellbar, haben aber eine Abweichung - die Sphärenfehler.

Die einfallenden parallelen Strahlen sind hier nicht alle in einem einzigen Bereich zusammengefasst, sondern je nach Entfernung zur Längsachse mehr oder weniger weit von der eigentlichen Achse entfern. Kompliziertere Formen sind Asphären, die diesen Defekt nicht haben, aber wesentlich komplexer herzustellen sind. Zur Reduzierung von Abbildungsfehlern verbinden die Linsenhersteller eine große Vielfalt an Glasarten, was aber auch den Aufwand in die Höhe treiben wird.

Einen weiteren relevanten Kostenfaktor stellt die Linsenproduktion dar. Eine Linse wird durch die optische Eigenschaft der jeweiligen Linse und deren Bestandteile beeinflusst. Zur Beeinflussung variieren einerseits die Form der Linse und andererseits das eingesetzte Glas. Abhängig von der gewünschten Wirkung und der technischen Realisierbarkeit wird die Linse dann aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt.

Bei den meisten Linsen wird als Material für die Linse verwendet. Beides besteht hauptsächlich aus Quarzen, die durch Zusätze in ihren jeweiligen technischen und physikalischen Parametern modifiziert wurden. Weil es viel leichter zu bearbeiten und damit kostengünstiger ist und komplizierte Geometrien zulässt, werden Linsenelemente oder ganze Linsen auch aus Plastik sein. Bei Handykameras zum Beispiel sind die Linsen meist aus Plastik.

Als Linsenwerkstoff gewachsene Quarze (Fluoritkristalle) sind aufwändig zu verarbeiten und daher kostspielig. Die Brechzahl ist umso höher, je mehr ein Lichtbündel am Übertritt in das Innere des Materials abgelenkt wird. Es heißt, das Becherglas sei optischer dicht als reine Abluft. Wenn ein Lichtbündel von einem Füllgut in ein anderes übergeht, ändert sich die Lichtrichtung.

Bei Lufteintritt in die Glasscheibe wird der Lichtbündel zum Loten hin gebündelt; bei Eintritt aus dem optischen Dichtmedium wird der Lichtbündel in die optische Verdünnung des Mediums Lufteintritt vom Loten weggebündelt. Durch das Snellius'sche Brechgesetz bestimmt, wird der Lichtbrechungsindex durch den Ein- und Ausgangswinkel am Übergangsbereich vom Unterdruck zum zu beschreibenden Füllgut bestimmt.

Die Brechzahl eines Optikmaterials ist jedoch nicht nur vom Werkstoff selbst, sondern auch von der Lichtwellenlänge abhängt. Dabei werden die unterschiedlichen Farbkomponenten des Weißlichts, wie z. B. die Farben Schwarz und Weiß, in unterschiedlichem Maße abgelenkt. Schwankt der Lichtbrechungsindex je nach Lichtwellenlänge erheblich, spricht man von einer starken Abstrahlung.

Bei einer hohen Streuung kommt es zu Farbabweichungen, d.h. der Eindruck, dass die Farbanteile des Lichtes nicht übereinstimmend wiedergegeben werden, was vor allem an den Rändern des Bildes zu einer Farbsaumbildung führen kann. Zur Minimierung des Negativeinflusses auf das Abbild werden in heutigen Linsen Einzelelemente aus Glastypen mit sehr geringer Streuung eingesetzt.

Bei Nikon werden die Linsen mit diesem Bauteil mit "ED" für "Extra-Low Dispersion" beschriftet, bei Canon mit "UD" für "Ultra-Low Dispersion" und bei den anderen Herstellern auch mit Elementen mit niedriger Streuung. Dieser wird mit Hilfe der Brechungsindices bei drei verschiedenen, festgelegten Lichtwellenlängen errechnet. Nicht nur die angestrebten Abbildungseigenschaften sind nun entscheidend für die optische Produktion, sondern auch die Verarbeitbarkeit des Werkstoffes.

Um so weniger Abstriche bei den visuellen Qualitäten gemacht werden, um so spezifischer sind die eingesetzten Glasarten und um so schwerer wird die Herstellung. Einfaches Kunststoffglas kann in großen Stückzahlen zu einem günstigen Tarif gespritzt werden. Komplexere Gläser aus GFK oder GFK werden angeschliffen und hochglanzpoliert. Schließlich wird die Linse geschnitten, um sicherzustellen, dass sich das Zentrum der Linse auch im physischen Zentrum liegt.

Abhängig vom verwendeten Material können die Formen auch durch Verpressen durchgeführt werden. Dies ist nicht bei allen Werkstoffen möglich, aber für die Produzenten von Interesse, da es eine vorteilhafte Herstellung von Asphären (parabolisch gekrümmte Oberfläche) gibt. Die Linse oder das aus zwei Brillengläsern bestehende Bauteil wird nach dem Polieren angelassen.

Objektive aus Metamaterialien sind eine aufregende Weiterentwicklung. Sie bestehen aus den feinsten Bestandteilen, so dass sie wie ein neuartiges Lichtelement wirken. Dies ermöglicht bisher für ausgeschlossen befundene Merkmale wie z. B. die negativen Brechungsindices und damit grundlegend neue Linsendesigns. Auch Wechselobjektive sind von Interesse. Die Kontaktlinsen verhält sich wie unsere Augenlinsen, so dass ihre Wirkung durch die Einwirkung von Kraft geändert werden kann.

Das Objektiv besteht aus mehreren Objektiven und Bauteilen. Der Abstand und die Ausrichtung müssen sehr präzise sein, was ein Objektiv zu einem mechanischen Präzisionsgerät macht. Metallrahmen können in der Regel mit einer höheren Genauigkeit hergestellt werden, sind aber teuerer und schwererer als Kunststoffrahmen. Weil das durch die Linse nicht immer zu 100% durchgelassen wird, muss mit geschwärzten Klammern die Reflektion an den einzelnen Bauteilen so niedrig wie möglich gehalten werden.