Wie genau funktioniert eine Sammellinse?

Die Sammellinse – ein wichtiger Baustein im Mikroskop

Als physikalisches Grundelement findet sie in den meisten optischen Geräten wie auch dem Mikroskop Anwendung. Die einfallenden Lichtstrahlen müssen beim Durchlaufen solcher Geräte je nach Einsatzzweck speziell gelenkt und geformt werden, sodass dem Benutzer eine entsprechend stark vergrößerte Darstellung des zu untersuchenden Objekts ermöglicht wird. Bei der Konstruktion eines gewöhnlichen Lichtmikroskops stellt diese Form der Linse neben anderen Linsenarten die optisch kleinste Einheit dar. Um den Aufbau eines Mikroskops zu verstehen, ist es wichtig, dass sie sich mit den grundlegenden physikalischen Eigenschaften der Sammellinsen vertraut machen.

Wie sind Sammellinsen aufgebaut?

Eine Linse ist eine schmale kreisrunde durchsichtige Scheibe, die meist aus Glas hergestellt wird. Die Flächen dieser Scheibe können nach innen (konkav) oder außen (konvex) gewölbt sein. Um das Licht durch eine Linse zu sammeln, muss mindestens eine der beiden Seiten konvex gestaltet sein. Da die Biegung einer Linsenfläche meist dem Ausschnitt einer Kugel gleicht, spricht man auch von einer sphärischen Wölbung.

Die Lichtbrechung durch die Sammellinse

Damit ein Mikroskop funktionieren kann, dürfen Lichtstrahlen nicht einfach nur gerade und unverändert hindurch geleitet werden, sondern müssen durch Linsen gebrochen werden. Lichtbrechung findet dann statt, wenn der Lichtstrahl von einem optischen Medium (Luft) in ein anderes optisches Medium (Glas) übergeht und dabei seine Richtung ändert. Dieser Vorgang findet beim Eintritt in die und Austritt aus der Linse statt. Wie stark eine Linse das Licht bricht, also wie klein der Abstand des Punktes zur Linse ist, in welchem sich alle Lichtstrahlen sammeln, hängt ab von folgenden Faktoren:

optische Dichte des Linsenmaterials
optische Dichte des die Linse umgebenden Mediums
Wölbung und Ausrichtung der Linse
Farbe (Wellenlänge) des Lichtes
Die Aufgabe der Linse im Mikroskop

Bildnachweis: Wikimedia

Um ein Objekt sehr stark vergrößert darzustellen, müssen die Lichtstrahlen, die letztendlich in das Auge des Betrachters fallen durch mehrere Linsen zerstreut und gebündelt werden. Dies geschieht im Objektiv und Okular des Mikroskops durch Linsengruppen, also hintereinander liegenden Linsen. Den Aufbau eines Mikroskops lernen sie in einem anderen Kapitel kennen.

Umwandlung von Bildern im Mikroskop

Innerhalb eines Mikroskops entstehen hinter jeder einzelnen Linse Abbildungen, die vergrößert, verkleinert oder je nach Linsentyp auch auf dem Kopf stehend sein können. Sie werden von Linse zu Linse weitergegeben und somit immer weiter verändert. Für den Betrachter sichtbar ist allerdings nur diejenige Abbildung, die von der letzten Linse erzeugt wird.

Resumee

Als zentrales optisches Element haben Sammellinsen in Mikroskopen die Aufgabe durch ihre gekrümmte Oberfläche Lichtstrahlen zu brechen und somit in ihrer Richtung zu verändern. Die Lichtbrechung ist dabei von mehreren Faktoren abhängig und folgt einer Reihe wichtiger physikalischer Gesetzmäßigkeiten. Erst mehrere hintereinander liegende Linsen ermöglichen in einem Lichtmikroskop durch stete Veränderung der Abbildungen die optische Vergrößerung eines Objektes.

Quelle und Bildnachweis: Uni Wien

Bikonvexe und plan-konvexe Linsen wirken als Sammellinsen; parallel einfallende Lichtstrahlen werden idealerweise in einem Punkt, dem Fokus oder Brennpunkt (F), gesammelt. Der Abstand zwischen Linsenmitte und dem Brennpunkt ist die Brennweite (f).