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Fresnel-Linse

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Datei:Fresnellinsen.svg
Querschnitte einer üblichen Linse, einer Fresnel-Linse (Scheinwerfer- oder Gürtellinse) und einer Mikrofresnellinse mit gleicher Brennweite

Eine Fresnel-Linse [<templatestyles src="IPA/styles.css" />fʀɛˈnɛl], Fresnellinse 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.<ref>Vorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig Traité élémentaire de physique, Volume 2.] , S. 254, archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL;.Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>

Aufbau

Datei:Grasøyane lighthouse The Fresnel lenses.tif
Gürtellinse im Leuchtfeuer von Grasøyane fyr im norwegischen Ulstein. Eines von vier Segmenten ist entfernt.

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 Dicke 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.

Fresnel-Linsen können aus Glas oder aus Kunststoff, beispielsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA), bestehen.

Heute unterscheidet man im Wesentlichen zwei Bauformen von Fresnel-Linsen: Scheinwerferlinsen und Gürtellinsen.

Verwendung

Leuchtturmoptiken

Im 19. Jahrhundert wurden Fresnel-Linsen vor allem in Leuchttürmen eingesetzt. Zunächst ab 1823 im Leuchtturm von Cordouan. Sie bestanden aus handpolierten Prismen aus Glas, die in einen Rahmen aus Metall, meist Messing, zusammengefügt wurden.<ref>Hierzu und zum folgenden vlg. Ray Jones, The Lighthouse Encyclopedia. The Definitive Reference, Guilford, CT 2004, S. 88f.</ref> Durch ihre im Vergleich zu früheren Leuchtfeueroptiken weitaus höhere Lichtstärke revolutionierten sie die Leuchtturmtechnik. Die Herstellung der frühen Fresnel-Linsen war aufwendig und teuer. Die wichtigsten Produktionszentren lagen in Großbritannien und Frankreich, der wichtigste Hersteller in Deutschland war die Firma Weule.<ref>Thomas Tag: Fresnel-Linsen Hersteller. In: United States Lighthouse Society. Abgerufen am 16. Februar 2025 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>

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.<ref>Mit modernen helleren Lichtquellen kann die Reichweite gesteigert oder bei gleicher Reichweite eine kleinere Linse (höhere Ordnung) angewendet werden.</ref> In den USA sind sechs Ordnungen standardisiert:<ref>vgl. Comparative Table of Lens Orders</ref><ref>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.</ref>

Ord-
nung<ref>Fresnel Lens Orders, Sizes, Weights, Quantities and Costs. In: United States Lighthouse Society. Abgerufen am 16. Februar 2025 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>		 Brennweite
(mm)		 Höhe
(mm)		 Masse
(kg)		 Typische Verwendung
in den USA
1. 920,0 2590 5800 Größte Küstenleuchttürme
2. 700,0 2069 1600 Große Seen, Inseln vor der Küste, Meerengen
3. 500,0 1576 0900 Küste, Flussmündungen an Meerengen, Buchten, Kanäle
4. 250,0 0722 200–300 Untiefen, Riffe, Häfen, Flussinseln
5. 187.5 0541 120–200 Hafendämme, Flüsse, kleinere Inseln in Meerengen
6. 150,0 0433 0100 Hafendämme und Kais


Weitere Beispiele

Datei:Fresnel lens loschen hg.jpg
Teil-Gürtellinse aus dem Loschen-Leuchtturm Bremerhaven (Spannwinkel 60°)

Fresnel-Linsen werden nach wie vor eingesetzt, wenn das Gewicht oder die Dicke der Linsen ausschlaggebend und die Abbildungsqualität zweitrangig ist.

Bei Richtfeuern wird nur eine Linse verwendet, während bei Drehfeuern mehrere Linsen im Kreis drehbar um die Lichtquelle angeordnet sind.<ref>Vorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig Informationen zu Leuchtfeueroptiken: Drehlinsen: Bild 3.] Fachstelle für Verkehrstechniken, , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 30. Dezember 2010.Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>

Hinter Rückprojektionsbildschirmen befand sich eine Fresnel-Linse, um die Ausleuchtung der Mattscheibe für den Betrachter zu verbessern.

Manche Scheinwerfer der Veranstaltungsbeleuchtung sind als Stufenlinsenscheinwerfer ausgeführt. Diese Konstruktion spart Masse. Die Fresnel-Linse der Scheinwerfer für Film- und TV-Beleuchtung wird mattiert („gefrostet“), um die Projektion der Stufenringe zu verwischen.

Fresnel-Linsen sind oft aus Kunststoff gepresst und erreichen eine hohe Präzision. Anwendung finden sie in Tageslichtprojektoren, oder Overheadprojektoren, wo die transparenten Folien auf eine Fresnellinse gelegt werden, die das Licht, das vom Projektor ausgestrahlt wird, auf die konvexe Linse über der Ablagefläche bündelt, bei einfachen Handlupen, bei Fahrzeug-Rücklichtern und als Weitwinkellinsen(-folien) innen an vertikalen Automobil-Heckscheiben (Toter Winkel) und Ladenkassen (Kontrolle der Einkaufswagen). Auch die Einstellscheiben im Sucher von Spiegelreflexkameras haben einen Fresnel-Linsenbereich.

In Passiv-Infrarot-Bewegungsmeldern, die pyroelektrische Sensoren nutzen, ermöglichen Fresnel-Linsen eine Zuordnung einer Wärmequelle zu einem bestimmten Raumwinkelsegment. Damit ermöglichen sie die Erkennung von Bewegungen an den Übergängen zwischen den Segmenten.<ref>Georg Walz: Handbuch der Sicherheitstechnik: Freigeländesicherung, Zutrittskontrolle, Einbruch- und Überfallmeldetechnik. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-95683-6, S. 299.</ref>

Gestufte Linsen sind auch Bestandteil von Teleobjektiven mit langer Brennweite, um deren Gewicht zu reduzieren.<ref name="nikonimgsupport.com">Nikon: Phase Fresnel Lens (PF), abgerufen am 25. September 2018.</ref><ref name="petapixel.com">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.</ref>

Bei Konzentrator-Solarzellen werden die Sonnenstrahlen mit Linsen auf ein kleineres Wandlerelement fokussiert, wodurch dessen Fläche und damit der Preis sinkt.<ref>Vorlage:Cite book/NameVorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig Konzentrator-Photovoltaik bringt die Sonne auf den Punkt: neue deutsche Technologie für effiziente Solar-Kraftwerke.] Der Solarserver, , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 16. Februar 2025.Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>

Weiters finden die Fresnel-Linsen bei optischen Signal- und Sondersignalanlagen aller Farben Verwendung (Xenonblitz-, Rundumkennleuchte).

Fresnel-Linsen werden oft auch in Virtual Reality Headsets eingesetzt (Beispiele: HP Reverb G1 und G2, Oculus Quest, Oculus Quest 2 und Oculus Quest 3S<ref>Meta Quest 3S: Neues Mixed-Reality-Headset – Jetzt shoppen. Archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 10. März 2025; abgerufen am 15. März 2025.</ref>, Oculus Rift S, Valve Index).

Siehe auch

Literatur

  • 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

Wiktionary: Fresnellinse – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Fresnel-Linse – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Anmerkungen

<references />

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