Konvexlinsen haben bei der wissenschaftlichen Entdeckung eine wichtige Rolle gespielt. Teleskope haben es Wissenschaftlern ermöglicht, entfernte Himmelskörper zu sehen. Mit Mikroskopen haben Wissenschaftler die Grundbausteine des Lebens entdeckt. Durch die Kamera haben Entdecker ihre Entdeckungen in der Natur dauerhaft festgehalten. Die Konvexlinse ist der Hauptbestandteil dieser drei Instrumente. Obwohl zuverlässig, weist die konvexe Linse intrinsische Mängel auf, mit denen sich Instrumentenbauer auseinandersetzen mussten.
Aufbau und Funktion
Eine Doppelkonvexlinse ist ein scheibenförmiges Objekt aus Materialien wie Glas oder Kunststoff. Bei richtiger Konstruktion wölbt sich jede der beiden Seiten dieser Scheibe in einer regelmäßigen Kurve aus, um einen Abschnitt einer Kugel zu bilden. Wenn parallele Lichtstrahlen senkrecht zur Scheibenebene auf diese Linse auftreffen, wird die Linse diese Lichtstrahlen brechen oder biegen, so dass sie zu einem Fokus kommen. Ein Objektiv, das Licht effektiv bündelt, erzeugt klare Bilder und erfüllt seine Aufgabe in einem Teleskop, Mikroskop oder einer Kamera. Wenn das Objektiv jedoch Konstruktionsfehler aufweist, wie beispielsweise eine falsche Krümmung oder ein nicht perfekt homogenes Material, werden die Bilder proportional darunter leiden.
Sphärische Aberration
Licht, das auf verschiedene Bereiche der sphärischen Oberfläche der Linse auftrifft, trifft sich nicht an genau derselben Stelle. Die Strahlen, die am weitesten von der Mitte der Linse auftreffen, werden etwas näher an der Linse fokussieren als Strahlen, die auf die Linse nahe ihrer Mitte treffen. Dieser intrinsische Defekt sphärischer Linsen, sphärische Aberration genannt, führt zu einem unscharfen Bild. Das Blockieren des Randes eines Objektivs erzeugt einen besseren Fokus. Bei vielen Instrumenten wird durch eine geschickte Kombination verschiedener Linsen die sphärische Aberration nahezu eliminiert.
Chromatische Abweichung
Die chromatische Aberration resultiert aus der Tatsache, dass eine Linse einige Lichtfarben schärfer bricht oder biegt als andere. Eine Linse beugt violette Lichtstrahlen schärfer als grüne und Rot erleidet noch weniger Brechung. Als Ergebnis neigt die Linse dazu, weißes Licht in seine Komponentenfarben zu zerlegen, und es entsteht ein bunter Lichthof. Der Engländer John Dollond löste das Problem durch die Erfindung des achromatischen Dubletts, einer Kombination von zwei Linsen aus unterschiedlichen Glasmaterialien, bei denen eine Glasart die chromatische Aberration der andere.
Koma-Aberration
Koma-Aberration tritt auf, wenn Lichtstrahlen aus einer Entfernung auf eine Linse in einem Winkel und nicht senkrecht zur Ebene ihrer Scheibe auftreffen. Das Ergebnis ist eine kometenähnliche Figur mit einem Schweif. Richtiges Schleifen der Linse beseitigt dieses Problem. Der Begriff „chromatische Aberration“ leitet sich vom Wort „Koma“ ab, das die leuchtende Kugel bezeichnet, die den Kern eines Kometen umgibt.