Wie funktioniert eine Sammellinse?
Eine Sammellinse ist eine sphärisch gewölbte Linse, die Licht bündelt. Man nennt sie auch Kollimatorlinse, Konvexlinse oder Positivlinse, da sie eine positive Brechkraft hat. Parallel einfallendes Licht wird von der Sammellinse in einem Brennpunkt hinter der Linse gebündelt. Man sagt auch, dass das Licht im Brennpunkt fokussiert wird.
Den Abstand zwischen der Mitte der Linse und dem Brennpunkt nennt man Brennweite. Das Bild, dass von einer Linse erzeugt wird, nennt man auch "reelles Zwischenbild". Dieses Zwischenbild wird im Mikroskop durch das Objektiv erzeugt und durch das Okular nochmals vergrößert. Die folgende Abbildung zeigt das Prinzip einer Sammellinse:
Entscheidend für ein "sauberes Bild" ist die gleichmäßige Wölbung der Oberfläche(n). Durch die Mitte der Linse geht die sog. optische Achse.
Einfache Glaslinsen brechen Licht unterschiedlicher Wellenlänge unterschiedlich stark. Dadurch kommt es zu Abbildungsfehlern, die besonders in der Frühzeit der Mikroskopie störend waren. Ernst Abbe hat denn Ende des 19. Jahrhunderts ein System entwickelt, mit dem diese Abbildungsfehler mit Hilfe mehrere hintereinander liegender Linsen korrigiert werden konnten.
Siehe dazu: Geschichte des Mikroskops.
Linsen, bei denen nur eine Seite konvex gewölbt ist, nennt man plan-konvex. Sind beide Seiten konvex gewölbt, spricht man von bikonvexen Sammellinsen. Es gibt auch die Variante, bei der eine Seite konvex und die andere konkav gewölbt ist. Diese heißen entsprechend konkav-konvex. Die folgende Grafik zeigt die verschiedenen Linsen-Arten:
Wo werden Sammellinsen benutzt?
Sammellinsen sind heutzutage stark verbreitet. In vielen optischen Geräten werden die fokussierenden Eigenschaften der Sammellinse genutzt. Dazu gehören:
- Lupen
- Brillen gegen Weitsichtigkeit (Hyperopie)
- Objektive von Fotokameras
- Fernrohre, Teleskope
- Mikroskope
Was ist Weitsichtigkeit?
Die folgenden Abbildungen veranschaulichen, was Weitsichtigkeit (Übersichtigkeit, Hyperopie) ist und wieso eine Brille diesen Brechungsfehler des Auges korrigieren kann. Zunächst die Fehlsichtigkeit ohne Korrektur. Weil die Länge des Augapfels im Verhältnis zur Brechkraft des dioptrischen Apparates zu gering ist, liegt der Brennpunkt hiter der Netzhaut mit den Licht-Sinneszellen. Aber nur, wenn der Brennpunkt direkt in der Fovea, wo die Sinneszellen besonders dicht gedrängt sind, liegt, kann man ein scharfes Bild sehen. Bei Übersichtigkeit hat man einen unscharfen Seheindruck.
Mit Hilfe eines Plusglases, das wie eine Sammellinse wirkt und das Licht bündelt, wird der Brennpunkt nach vorne verlagert, so dass er wieder auf der Netzhaut liegt.
Das Gegenteil einer Sammellinse, also eine Linse mit einer oder zwei konkaven Oberflächen nennt man Streuungslinse.
In den meisten optischen Garäten (Mikroskop, Teleskop, Kamera-Objektiv etc.) werden mittlerweile Kombinationen aus Streuungs- und Sammellinsen verwendet. Man nennt ein solches optisches System auch Achromat. Der Vorteil besteht darin, dass die Abbildungsqualität dadurch steigt.