Fresnel-Linse – Wikipedia

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Fresnel-Linse
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Eine Fresnel-Linse [fʀɛˈnɛl-] oder genauer eine Fresnelsche
Stufenlinse ist eine optische Linse, die um 1822 von dem französischen
Physiker Augustin Jean Fresnel erfunden und ursprünglich für
Leuchttürme gebraucht wurde. Durch das angewendete Bauprinzip
werden generell Gewicht und Volumen großer Linsen kleiner, was sich
besonders bei Linsen mit kurzer Brennweite auswirkt, die in normaler
Form sehr dick und schwer sind.
Inhaltsverzeichnis
1 Aufbau
2 Verwendung
2.1 Verwendung in historischen Leuchtturmoptiken
2.2 Unterteilung von Leuchtturmoptiken in Ordnungen
2.3 Heutige Verwendung
3 Literatur
4 Weblinks / Referenzen
5 Anmerkungen
Querschnitte einer
Fresnel-Linse
(Scheinwerferlinse) und einer
üblichen Linse mit gleicher
Brennweite
Aufbau
Die Verringerung des Volumens geschieht bei der Fresnel-Linse durch eine Aufteilung in ringförmige
Bereiche. In jedem dieser Bereiche wird die Dicke verringert, sodass die Linse eine Reihe ringförmiger
Stufen erhält. Da Licht nur beim Passieren der Linsen-Oberflächen gebrochen wird, ist der
Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur von dem Winkel zwischen den beiden Oberflächen
abhängig. Die Linse behält ihre Brennweite bei, aber die Abbildungsqualität wird durch die
Stufenstruktur verschlechtert.
Heute unterscheidet man im Wesentlichen zwei Bauformen von Fresnel-Linsen: Scheinwerferlinsen
und Gürtellinsen.
Scheinwerferlinsen sind übliche Linsen mit einer optischen Achse.[1] Sie bündeln das Licht in
Richtung dieser Achse.
Eine Gürtellinse ist ein Hohlzylinder, der durch Rotation des Querschnitts einer Scheinwerferlinse
um eine zu deren optischer Achse senkrechten Achse entsteht. Die Stufenform befindet sich in
der Regel außen. Im Schnittpunkt beider Achsen ist die Lichtquelle angeordnet, deren Licht in
der Ebene mit der ursprünglichen optischen Achse gebündelt und gleichmäßig in alle Richtungen
ausgestrahlt wird.[2]
Verwendung
Verwendung in historischen Leuchtturmoptiken
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Im 19. Jahrhundert wurden Fresnel-Linsen vor allem in Leuchttürmen eingesetzt. Sie bestanden aus
handpolierten Prismen aus Glas, die in einen Rahmen aus Bronze zusammengefügt wurden.[3] Durch
ihre im Vergleich zu früheren Leuchtfeueroptiken weitaus höheren Lichtstärke revolutionierten sie die
Leuchtturmtechnik. Die Herstellung der frühen Fresnel-Linsen war aufwendig und teuer und die
wichtigsten Produktionszentren lagen in Großbritannien und Frankreich.
Unterteilung von Leuchtturmoptiken in Ordnungen
Mit dem Begriff Ordnung wird bei Leuchtturmlinsen deren geometrische Größe, mit der die optische
Größe Brennweite einhergeht, gekennzeichnet. Große Linsen (große Brennweite) ergeben bei gleicher
Lichtquelle ein helleres, weiter reichendes Leuchtturmlicht als kleine Linsen. [4] In den USA sind sechs
Ordnungen zwischen 2,6 m Höhe (erste Ordnung: Brennweite 0,92 m) und 0,43 m Höhe (sechste
Ordnung: Brennweite 0,15 m) standardisiert.[5][6]
Ordnung
Brennweite
(mm)
Höhe
(mm)
Ungefähres
Gewicht
(kg)
Typische Verwendung
in den USA
Erste
920
2590
5800
Größte Küstenleuchttürme
Zweite
750
2069
1600
Große Seen, Inseln vor der Küste, Meerengen
Dritte
500
1576
900
Küste, Flussmündungen an Meerengen,
Buchten, Kanäle
Vierte
250
722
200–300
Untiefen, Riffe, Häfen, Flussinseln
Fünfte
183
541
120–200
Hafendämme, Flüsse, kleinere Inseln in
Meerengen
Sechste
150
433
100
Hafendämme und Kais
Fresnel-Linse
1. Ordnung,
Scheinwerferlinsen,
Museum von Point
Arena Light,
Kalifornien.
Fresnel-Linse
4. Ordnung,
Gürtellinse, Museum
von Point Sur Light
Station, Kalifornien.
Heutige Verwendung
Fresnel-Linsen werden heute dort eingesetzt, wo das Gewicht der Linsen ausschlaggebend und die
Abbildungsqualität zweitrangig ist.
Gürtellinsen kommen bei Schiffslaternen und Leuchtfeuern vor. Bei Leuchtfeuern umspannen sie
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oftmals nicht einen vollen Kreis, sondern lassen den Bereich über dem Festland frei und bestehen
wegen ihrer Größe vielfach nicht aus einem Stück.
Scheinwerferlinsen kommen bei Leuchtfeuern ebenfalls häufig vor. Bei Richtfeuern wird nur eine Linse
verwendet. Bei Drehfeuern sind mehrere Scheinwerferlinsen gleichmäßig kreisförmig angeordnet, von
denen jede momentan bevorzugt in einen Sektor strahlt.[7]
Scheinwerferlinsen werden auch in Frontscheinwerfern von Automobilen verwendet.
Hinter einem Rückprojektionsbildschirm befindet sich eine Fresnel-Scheinwerferlinse. Außerdem wird
diese Linse in speziellen Scheinwerfern für Veranstaltungs- und Theatertechnik verwendet.
Hochwertige Scheinwerfer für Film- und TV-Beleuchtung sind zum Großteil als
Stufenlinsenscheinwerfer ausgeführt. Diese Konstruktion ermöglicht, neben einer gleichmäßig flächigen
Ausleuchtung mit weicher Kante, eine stufenlose Regulierung des Lichtaustrittswinkels. Die
Fresnel-Linse dieser Scheinwerfer wird mattiert („gefrostet“) um eine Projektion der Stufenringe zu
vermeiden.
Billige Scheinwerferlinsen sind aus Kunststoff gepresst und finden in Tageslichtprojektoren, bei PassivInfrarotsensoren, bei einfachen Handlupen, bei Automobil-Rücklichtern und als
Weitwinkellinsen(-folien) in Automobil-Heckscheiben und Ladenkassen (Kontrolle der Einkaufswagen)
Verwendung.
Weitere Anwendungen findet das Prinzip bei Einstellscheiben im Sucher von Spiegelreflexkameras mit
mehr oder weniger großem Fresnel-Stufenlinsenbereich oder bei Streufolien mit kleinen FresnellinsenQuadraten zum Aufkleben auf Fensterscheiben sowie bei Tageslichtprojektoren.
Neue Anwendungen ergeben sich in der Solartechnik, da mit Linsen höhere Wirkungsgrade bei
Solarstrommodulen erreicht werden können.[8] Bei Sonnenwärmekraftwerken kommen FresnelSpiegel-Kollektoren zur Anwendung.
Anmerkung: Die Fresnel-Zonenplatte hat technisch nichts mit der Fresnel-Linse zu tun, obwohl sie auch
als Linse wirkt.
Scheinwerferlinse im
Rücklicht eines Autos
Abbildung eines
Schiffslaterne mit
Froschs (links, vorn)
einteiliger Gürtellinse
mit dünner Fresnellinse
(links, hi); Bild und
Linse: rechts
Teil-Gürtellinse aus
dem LoschenLeuchtturm
Bremerhaven
(Spannwinkel 60°)
Literatur
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Dietrich Kühlke: Optik. Grundlagen und Anwendungen. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage.
Harri Deutsch Verlag, Frankfurt am Main 2004, ISBN 3-8171-1741-8, S. 122.
Weblinks / Referenzen
Commons: Category:Fresnel lenses (//commons.wikimedia.org
/wiki/Category:Fresnel_lenses?uselang=de) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Der Studioscheinwerfer als typischer Fresnellinsenscheinwerfer (http://www.hbernstaedt.de
/knowhow/scheinwerfer/linsen/studioscheinwerfer.htm)
Anmerkungen
1. Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Scheinwerferlinsen (http://www.wsv.de
/fvt/fachinformationen/lf_technik/optikinfo/scheinwerferlinsen/index.html). Fachstelle für
Verkehrstechniken. Abgerufen am 30. Dezember 2010.
2. Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Gürtellinsen (http://www.wsv.de/fvt/fachinformationen
/lf_technik/optikinfo/guertellinsen/index.html). Fachstelle für Verkehrstechniken. Abgerufen am
30. Dezember 2010.
3. Hierzu und zum folgenden vlg. Ray Jones, The Lighthouse Encyclopedia. The Definitive
Reference, Guilford, CT 2004, S. 88f.
4. Mit modernen helleren Lichtquellen kann die Reichweite gesteigert oder bei gleicher Reichweite
eine kleinere Linse (höhere Ordnung) angewendet werden.
5. vgl. Comparative Table of Lens Orders (http://memory.loc.gov/cgi-bin/displayPhoto.pl?path=
/pnp/habshaer/ri/ri0300/ri0392/sheet&topImages=00008a.gif&topLinks=00008r.tif,00008a.tif.)
6. vgl. Comparative Table of Lens Orders, in: Dennis L. Noble, Lighthouses & Keppers. The U.S.
Lighthouse Service and its Legacy, Annapolis, MD 1997, S. 24.
7. Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Drehlinsen: Bild 3 (http://www.wsv.de
/fvt/fachinformationen/lf_technik/optikinfo/drehlinsen/index.html). Fachstelle für
Verkehrstechniken. Abgerufen am 30. Dezember 2010.
8. Rolf Hug: Konzentrator-Photovoltaik bringt die Sonne auf den Punkt: neue deutsche
Technologie für effiziente Solar-Kraftwerke (http://www.solarserver.de/solarmagazin/solarreport_0408.html). Der Solarserver. 17. April 2008. Abgerufen am 30. Dezember 2010.
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