Jeder kennt Linsen in Form einer Lupe bzw. Brennglases. Linsen sind dabei optische Hilfsmittel, mit denen das Licht gebrochen bzw. umgelenkt wird. Dabei gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Linsen, die sich (nur) durch die zwei Flächen unterscheiden, an denen sich das Licht bricht. Dabei kann die Fläche “planar” (ohne Wölbung), nach außen oder nach innen gewölbt sein. Damit eine Linse eine optische Funktion ermöglicht, muss mindestens eine der beiden Flächen gewölbt sein. Linsen werden aber nicht nur in Form von Lupen oder Brillen verwendet, sondern beispielsweise auch als Linsenkombination in Mikroskopen.
Wie eingangs erwähnt, beruht die Funktion eine Linse in der Berechnung das Licht bzw. das Umlenken von Licht. Die Umlenkung von Licht erfolgt dabei immer durch eine gewölbte Oberfläche. Je nach Wölbung der Oberfläche werden die Linsen bezeichnet als
Daher gibt es in der Optik folgende Kombinationsmöglichkeiten bzw. Arten von Linsen:
Die Funktion einer Linse ergibt sich daraus, wie parallel einfallende Licht dabei durch die Oberfläche der Linse abgelenkt wird. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten:
Daher kann man die oben genannten Linsenarten auch der Gruppe Sammellinsen bzw. Zerstreuungslinsen zuordnen. Sammellinsen sind bi-konvex, plan-konvex und konkav-konvex gewölbte Linsen. Zerstreuungslinsen sind hingegen bi-konkav, plan-konkav und konvex-konkav gewölbte Linsen.
Bereits hier ein Vorgriff auf folgende Kapitel, wie man den Strahlengang bei Linsen aller Art konstruiert. Bei der Konstruktion von Strahlengängen verwendet man dabei sogenannte ausgezeichnete Strahlen. Diese “Strahlen” sind der achsenparallele Strahl, der Mittelpunktstrahl und der Brennpunktstrahl. Um das Modell einfach in der Schule anzuwenden, werden die Lichtstrahlen nicht wie in der Wirklichkeit an den Grenzflächen gebrochen, sondern man zeichnet den Strich des parallel einfallenden Lichtstrahls bis zur Mittelebene und von dort aus bricht bzw. knickt man den Lichtstrahl.
Eine Konvexlinse ist eine Linse, deren beide Oberflächen konvex sind. Sie wird auch als sammelnde oder positive Linse bezeichnet, da sie parallele Strahlen bündelt. Eine Anwendung findet sie in Vergrößerungsgläsern und beim Objektiv einer Kamera.
Eine Konkavlinse ist eine Linse, die auf mindestens einer Seite konkav, also nach innen gewölbt ist. Sie wird auch als zerstreuende oder negative Linse bezeichnet. Eine typische Anwendung findet sie in Weitsichtigkeitsbrillen.
Der Hauptunterschied zwischen einer Konvexlinse und einer Konkavlinse besteht in der Richtung, in die sie Lichtstrahlen biegen. Eine Konvexlinse biegt parallele Lichtstrahlen so, dass sie sich in einem Punkt treffen (sammeln), während eine Konkavlinse sie auseinander streut (zerstreut).
Die Brennweite einer Linse ist der Abstand zwischen der Mitte der Linse und dem Punkt, in dem sie parallele Lichtstrahlen sammelt. Die Brennweite hängt von der Form und dem Material der Linse ab. Sie ist positiv bei Konvexlinsen und negativ bei Konkavlinsen.
Je kleiner die Brennweite einer Linse ist, desto höher ist ihre Brechkraft und desto größer wird das Bild erzeugt. Im Umkehrschluss führt eine größere Brennweite zu einem kleineren Bild.
Eine Plan-Konvexlinse hat eine flache (plane) und eine convex gewölbte Seite. Solche Linsen werden oft in optischen Systemen verwendet, um die sphärische Aberration zu reduzieren.
Eine Bikonvexlinse ist eine Linse, die auf beiden Seiten convex gewölbt ist. Die beiden konvexen Oberflächen verursachen eine positive Brechkraft, die das Licht bündelt.
Eine Bikonkavlinse ist eine Linse, die auf beiden Seiten konkav gewölbt ist. Diese Linse hat eine negative Brechkraft und streut einfallendes Licht.
Die Brechkraft einer Linse ist das Ausmaß, in welchem die Linse Lichtwellen bricht oder ihre Richtung ändert. Sie hängt von der Form und dem Material der Linse ab. Bei Konvexlinsen ist die Brechkraft positiv, bei Konkavlinsen negativ.
Bei einer Linse in der Optik ist der Sammelpunkt der Punkt, an dem alle durch die Linse gehenden parallelen Lichtstrahlen nach dem Durchtritt durch die Linse zusammentreffen. Bei einer Konvexlinse liegt dieser Punkt auf der anderen Seite der Linse, bei einer Konkavlinse ist er virtuell und liegt auf der gleichen Seite wie der einfallende Strahl.