Fresnel-Linse

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Querschnitte einer üblichen Linse, einer Fresnel-Linse (Scheinwerfer- oder Gürtellinse) und einer Mikrofresnellinse mit gleicher Brennweite

Eine Fresnel-Linse [fʀɛˈnɛl] oder genauer eine Fresnelsche Stufenlinse ist eine volumen- und massereduzierte Bauform einer optischen Linse. Sie wurde um 1822 vom französischen Physiker Augustin Jean Fresnel ursprünglich für Leuchttürme entwickelt. Das Funktionsprinzip erdachte Georges-Louis Leclerc de Buffon im Jahre 1748.[1]

Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Modell einer Gürtellinse des Leuchtfeuers von Grasøyane fyr im norwegischen Ulstein.

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. Das Volumen bei der Fresnel-Linse ist durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche verringert, deren maximale Glasdicke ungefähr gleich ist. Durch die erforderliche Krümmung der Oberflächen erhält die Linse eine Reihe ringförmiger Stufen. 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 haben wie übliche Linsen eine optische Achse.[2] Sie bündeln das Licht in Richtung dieser Achse.
  • Eine Gürtellinse ist ein hohler Rotationskörper. Seine Form entsteht durch die Rotation des Querschnitts einer Fresnel-Linse um eine Achse, die senkrecht zu der optischen Achse der Linse steht. Im Schnittpunkt beider Achsen ist die Lichtquelle angeordnet. Gürtellinsen bündeln deren Licht einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse und strahlen es gleichmäßig in alle Richtungen aus.[3]

Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verwendung in historischen Leuchtturmoptiken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im 19. Jahrhundert wurden Fresnel-Linsen vor allem in Leuchttürmen eingesetzt. Sie bestanden aus handpolierten Prismen aus Glas, die in einen Rahmen aus Metall, meist Messing, zusammengefügt wurden.[4] Durch ihre im Vergleich zu früheren Leuchtfeueroptiken weitaus höhere Lichtstärke revolutionierten sie die Leuchtturmtechnik. Die Herstellung der frühen Fresnel-Linsen war aufwändig und teuer. Die wichtigsten Produktionszentren lagen in Großbritannien und Frankreich, der wichtigste Hersteller in Deutschland war die Firma Weule.

Unterteilung von Leuchtturmoptiken in Ordnungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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.[5] In den USA sind sechs Ordnungen standardisiert:[6][7]

Ord-
nung
Brennweite
(mm)
Höhe
(mm)
Masse
(kg)
Typische Verwendung
in den USA
01. 00920 02590 5800 Größte Küstenleuchttürme
02. 00750 02069 1600 Große Seen, Inseln vor der Küste, Meerengen
03. 00500 01576 0900 Küste, Flussmündungen an Meerengen, Buchten, Kanäle
04. 00250 00722 0200–300 Untiefen, Riffe, Häfen, Flussinseln
05. 00183 00541 0120–200 Hafendämme, Flüsse, kleinere Inseln in Meerengen
06. 00150 00433 0100 Hafendämme und Kais

Verwendung in Fahrzeugen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen noch folgende wichtige Informationen:
Die Art und Weise wie hier Fresnel-Linsen eingesetzt werden und welche Vorteile das bietet ist unklar
Hilf der Wikipedia, indem du sie recherchierst und einfügst.

Fresnel-Linsen werden in einigen Fahrzeugen (insb. LKWs) eingesetzt, um den toten Winkel zu reduzieren. Aufgrund der 400 Verkehrstoten jährlich in Deutschland bei Abbiegeunfällen im toten Winkel fordert der Deutsche Verkehrssicherheitsrat, dass der Gesetzgeber die Verwendung von Fresnel-Linsen zumindest vorübergehend vorschreibt.[8][9][10] Im Internet werden selbstklebende Folien mit einer Fresnel-Linse unter der Bezeichnung „Lescars Fresnellinse“ angeboten. Diese können zum Beispiel auf die Heckscheibe eines Pkws geklebt werden. Dadurch vergrößert sich der Blickwinkel und es können bislang tote Winkel eingesehen werden. Der Hersteller empfiehlt auch das Aufkleben auf Rückspiegel, um den Blickwinkel zu vergrößern und dadurch tote Winkel einsehen zu können. Rückspiegel benötigen eigentlich keine Fresnel-Linse, da die spiegelnde Fläche vom Hersteller ohne zusätzliches Material beliebig geformt werden kann. Durch Aufkleben einer Fresnel-Linse kann der Blickwinkel vergrößert werden und so tote Winkel eingesehen werden. Dabei nimmt man aber eine Verkleinerung der Bildobjekte und eine Verschlechterung der Bildqualität in Kauf. Bei der Anwendung ist also Vorsicht geboten, da der Autofahrer durch die Verkleinerung der Objekte eine verschlechterte Wahrnehmung und eine falsche Entfernungsschätzung haben kann. Bei LKWs gibt es inzwischen zahlreiche bessere Systeme, um beim Abbiegen Radfahrer im toten Winkel zu erkennen, z. B. TURN DETECT.[11]

Verwendung bei optischen Sondersignalanlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weiters finden die Fresnel-Linsen bei optischen Sondersignalanlagen aller Farben Verwendung. Bei Xenonblitz-, aber auch LED-Kennleuchten wird damit ein möglichst homogenes Lichtbild auf der Kennleuchtenoberfläche und damit eine große und vor allem helle Lichtfläche erzeugt. Die Linse kann dabei beispielsweise in der Haube befestigt sein.

Heutige Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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 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.[12]

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 Passiv-Infrarotsensoren, 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 Fresnellinsen-Quadraten zum Aufkleben auf Fensterscheiben sowie bei Tageslichtprojektoren. Sie sind auch Bestandteil von hochwertigen Teleobjektiven mit langer Brennweite, um deren Gewicht zu reduzieren.[13][14]

Neue Anwendungen ergeben sich in der Solartechnik, da mit Linsen höhere Wirkungsgrade bei Solarstrommodulen erreicht werden können.[15] Bei Sonnenwärmekraftwerken kommen Fresnel-Spiegel-Kollektoren zur Anwendung.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Fresnel lenses – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
WiktionaryWiktionary: Fresnellinse – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Traité élémentaire de physique, Volume 2.
  2. Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Scheinwerferlinsen. Fachstelle für Verkehrstechniken. Abgerufen am 30. Dezember 2010.
  3. Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Gürtellinsen. Fachstelle für Verkehrstechniken. Abgerufen am 30. Dezember 2010.
  4. Hierzu und zum folgenden vlg. Ray Jones, The Lighthouse Encyclopedia. The Definitive Reference, Guilford, CT 2004, S. 88f.
  5. Mit modernen helleren Lichtquellen kann die Reichweite gesteigert oder bei gleicher Reichweite eine kleinere Linse (höhere Ordnung) angewendet werden.
  6. vgl. Comparative Table of Lens Orders
  7. 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.
  8. Andrea Reidl: Der Tote Winkel wird unterschätzt. In: zeit.de. 8. Mai 2015, abgerufen am 1. August 2015.
  9. Empfehlungen zu fahrzeugtechnischen Maßnahmen gegen Rechtsabbiegeunfälle zwischen Lkw und Radfahrer (Toter Winkel). In: dvr.de. 23. Mai 2014, abgerufen am 1. August 2015.
  10. Ute Wessels: So lassen sich Fahrräder und Lastwagen versöhnen. In: welt.de. 28. Februar 2015, abgerufen am 1. August 2015.
  11. Luis Technology: Abbiegeassistent-Förderung. Aktuelles Förderprogramm des BMVI. Abgerufen am 23. Juli 2019.
  12. Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Drehlinsen: Bild 3. Fachstelle für Verkehrstechniken. Abgerufen am 30. Dezember 2010.
  13. Nikon: Phase Fresnel Lens (PF), abgerufen am 25. September 2018
  14. A Closer Look at Nikon's New Phase Fresnel (PF) Lens Technology: A Closer Look at Nikon's New Phase Fresnel (PF) Lens Technology, abgerufen am 25. September 2018
  15. Rolf Hug: Konzentrator-Photovoltaik bringt die Sonne auf den Punkt: neue deutsche Technologie für effiziente Solar-Kraftwerke. Der Solarserver. 17. April 2008. Abgerufen am 30. Dezember 2010.