Mit Hilfe einer Sammellinse wollen wir einen Gegenstand abbilden. Konstruieren wir den Strahlengang (auf einem Papier), so benötigen wir aus der Vielzahl der Lichtstrahlen nur drei (sogenannte ausgezeichnete) Strahlen. Dies liegt daran, dass sich alle Strahlen im selben Punkt treffen. Nachfolgend ist ein Beispiel für eine Konstruktion einer Abbildung mit Hilfe einer Sammellinse.
Konstruktion von Strahlengängen mit Hilfe einer Sammellinse ist relativ einfach. Aufgrund der besonderen Eigenschaft einer Sammellinse, (parallele) Lichtstrahlen nach der Berechnung auf einen Punkt (dem Brennpunkt) zu fokussieren, benötigen wir für die Konstruktion einer Abbildung nur drei sogenannte ausgezeichnete Lichtstrahlen (dazu später).
In einem ersten Schritt zeichnen wir die Linse, durch den Mittelpunkt M der Linse zeichnen wir senkrecht (zur Linse) die optische Ebene. Die von dem Gegenstand ausgehenden Strahlen werden (wegen der Vereinfachung) nicht an den Grenzflächen (Luft-Linse) gebrochen bzw. geknickt, sondern erst an der Mittelebene der Linse geknickt. Im Rahmen dünner Linsen (die in der Regel im Unterricht besprochen werden) ist diese Vereinfachung zulässig und die anschließende resultierende Abbildung entspricht der Realität.
In der Regel positioniert man die Lichtquelle bzw. den Gegenstand G, den man abbilden will, auf die linke Seite. Bei jeder Konstruktion müssen auch auf der optischen Ebene die Brennpunkte eingezeichnet werden (aus einem anderen Kapitel wissen wir, dass eine Sammellinse zwei Brennpunkte hat, die symmetrisch zum Mittelpunkt M der Linse entfernt auf der optischen Achse liegen.
Nun benötigen wir zur Konstruktion der Abbildung die drei sogenannten ausgezeichneten Strahlen. Bei diesen Strahlen handelt es sich um den achsenparallelen Strahl (der nach dem Durchgang der Linse zum Brennpunktstrahl wird), dem Mittelpunktstrahl und dem Brennpunktstrahl (der nach dem Durchgang der Linse zum achsenparallelen Strahl wird).
Dort, wo sich diese drei ausgezeichneten Strahlen treffen, entsteht unsere Abbildung B. Wie gezeigt, muss man also nicht die Konstruktion eines Strahlengangs an einer Linse mit Hilfe des Brechungsgesetzes herleiten, sondern kann die sogenannten ausgezeichneten Strahlen verwenden. In der Regel beginnt man bei der Konstruktion des Strahlengangs immer mit dem Mittelpunktstrahl und dann den Brennpunktstrahl durch den linken Brennpunkt F auf der optischen Achse.
In der Regel sind aber nicht wie im Beispiel vorher gezeigt alle Größen angegeben. Der Sinn des Unterrichts liegt auch darin, eine unbekannte Größe zu bestimmen. Im Rahmen der Lehrplanvorgaben kommen hauptsächlich zwei Fälle vor.
Zum einen ist die Gegenstandsweite g und die Bildgröße B bekannt, sowie die Brennweite der Linse. Konstruiert werden soll in diesem Fall die Gegenstandshöhe G, die unbekannt ist.
Zum anderen ist Gegenstandgröße G und die Bildgröße B bekannt, sowie der Abstand (g + b) von Gegenstand und Bild. In diesem Fall soll die Brennweite der Linse, sowie deren Position bestimmt werden. Dieser Fall soll kurz gezeigt werden:
Natürlich können wir Größen wie Abbildungsmaßstab A, Bildgröße B oder Bildweite b auch berechnen. Hierzu verwenden wir die Gleichungen, die wir bereits im Umgang mit Linsen kennengelernt haben:
Aus den Zeichnungen lässt sich sehr leicht erkennen, dass die Größe der Abbildung B auch von der Gegenstandweite g abhängt. So gibt es Konstellationen, die bekannt sein sollten
| Gegenstandweite g | Bildweite g | Abbildung |
| g > 2 f | f < b < 2 f | wird verkleinert |
| g = 2 f | b = 2 f | gleicher Größe |
| f < g < 2 f | b > 2 f | wird vergrößert |
Eine Linse ist ein Durchsichtiger Körper, der auf mindestens einer Seite gebogen ist und Lichtstrahlen bündeln oder streuen kann.
Eine Konvexlinse bündelt einfallende Lichtstrahlen im Brennpunkt. Sie erzeugt ein reelles, umgekehrtes Bild.
Der Brennpunkt ist der Punkt, in dem sich die durch eine Linse hindurchtretenden Lichtstrahlen kreuzen oder scheinbar von dort ausgehen.
Ein Bild wird produziert, indem eine Linse das Licht so bricht, dass es sich an einem bestimmten Punkt trifft oder scheinbar von diesem Punkt auszugehen scheint.
Die Brennweite kann berechnet werden, indem der Abstand zwischen der Mitte der Linse und dem Brennpunkt gemessen wird.
Die Faktoren, die die Bildentstehung beeinflussen, sind die Brennweite der Linse, die Position des Objekts und die Position des Beobachters.
Ein Hauptunterschied ist, dass eine Konvexlinse das Licht bündelt und ein reelles Bild produziert, während eine Konkavlinse das Licht zerstreut und ein virtuelles Bild erzeugt.
Eine Konkavlinse ist dünner an der Mitte als an den Rändern und wirkt wie ein Streulinsensystem. Sie erzeugt ein virtuelles, aufrechtes Bild.
Linsen erzeugen entweder reelle oder virtuelle Bilder. Reelle Bilder können auf einen Bildschirm projiziert werden, virtuelle Bilder kann man nur betrachten, indem man durch die Linse sieht.
Die Linsengleichung ist ein Zusammenhang zwischen der Objektweite, der Bildweite und der Brennweite einer Linse. Sie liefert Informationen über die Position und Größe des durch die Linse erzeugten Bildes.