Konvexlinse
Englisch: convex lens
Linse mit mindestens einer konvexen Oberfläche, durch die hindurchgehendes Licht in einem Punkt fokussiert werden kann.
Sammellinse: gekrümmtes Glas, das Lichtstrahlen zusammenführt
Eine Sammellinse ist ein durchsichtiges Material, meist Glas oder Kunststoff, mit mindestens einer nach außen gewölbten Oberfläche. Wenn parallele Lichtstrahlen in die Linse eindringen, werden sie nach innen gebrochen und treffen sich in einem Punkt, dem Brennpunkt. Diese Konvergenzeigenschaft macht Sammellinsen zum Standardwerkzeug in Abbildungssystemen: Kameras, Mikroskope, Teleskope und Lupe nutzen alle dieses grundlegende Prinzip.
Die zwei häufigsten Ausführungsformen sind die Bikonvexlinse (beide Flächen nach außen gewölbt) und die Plankonvexlinse (eine ebene Fläche, eine gekrümmte). Die Linsenstärke hängt vom Krümmungsradius und vom Brechungsindex des Materials ab. Eine stärkere Krümmung oder ein höherer Brechungsindex führt zu einer kürzeren Brennweite, das heißt das Licht konvergiert näher an der Linse. Die Brennweite wird in Millimetern gemessen und ist die bestimmende Kenngröße für praktisch alle optischen Arbeiten: Eine 50-mm-Linse an einer Kamera oder ein 10er-Objektiv an einem Mikroskop geben die Brennweite an.
In der Praxis erzeugen Sammellinsen reelle, umgekehrte Bilder, wenn ein Objekt über dem Brennpunkt platziert wird. Deshalb projizieren Kameraobjektive eine kopfstehende Szene auf Film oder Sensor. Befindet sich ein Objekt zwischen Brennpunkt und Linsenoberfläche, wirkt die Linse als Lupe und erzeugt ein aufrechtes virtuelles Bild. Dieser Wechsel im Verhalten am Brennpunkt ist entscheidend zum Verständnis, welche Anwendung welches Linsendesign erfordert.
Häufige Probleme und Varianten
Sphärische Aberration tritt auf, wenn Strahlen am Linsenrand etwas näher am Objektiv konvergieren als Strahlen in der Mitte, was das Bild unscharf macht. Konstrukteure begegnen dem durch Linsenpaarungen mit unterschiedlichen Krümmungen oder durch Abblendung. Chromatische Aberration, bei der verschiedene Farben an unterschiedlichen Punkten konvergieren, erfordert Kombinationen verschiedener Glassorten oder spezielle Beschichtungen. Bei hochgenauer Arbeit wie in Fotografie oder Mikroskopie kompensieren mehrelementige Linsengruppen diese Fehler.
Der Begriff Sammellinse beschreibt die Auswölbung nach außen, die diese Linsen von Zerstreuungslinsen unterscheidet, die nach innen gewölbt sind und Licht divergieren. In industriellen Anwendungen finden Sammellinsen sich in Laserfokussiersystemen, Maschinenvisionskaheras und Inspektionsgeräten, wo genaue Lichterfassung und Bildgestaltung unverzichtbar sind. Die Materialwahl ist wichtig: Borosilicatglas verträgt Temperaturwechsel; Kron- und Flintglas haben unterschiedliche Dispersionseigenschaften für Farbkorrektur; Kunststofflinsen sind leichter und billiger, aber kratzen leichter.