Fokus (Optik)

In der geometrischen Optik ist ein Fokus, auch Bildpunkt genannt, ein Punkt, an dem Lichtstrahlen, die von einem Punkt auf dem Objekt ausgehen, zusammenlaufen. Obwohl der Brennpunkt konzeptionell ein Punkt ist, hat der Brennpunkt eine räumliche Ausdehnung, die als Unschärfekreis bezeichnet wird. Diese nicht ideale Fokussierung kann durch Aberrationen der Abbildungsoptik verursacht werden. Liegen keine signifikanten Aberrationen vor, ist der kleinstmögliche Unschärfekreis die Airy-Scheibe, die durch Beugung an der Blende des optischen Systems verursacht wird. Die Aberrationen nehmen mit zunehmendem Blendendurchmesser tendenziell zu, während der Airy-Kreis bei großen Blenden am kleinsten ist.

Die Fokussierung des Auges sammelt im Idealfall alle Lichtstrahlen von einem Punkt auf einem Objekt in einem entsprechenden Punkt auf der Netzhaut.

Eine Demonstration der Kamerafokussierung auf verschiedene Entfernungen, die ein Bambusdach zeigt

Text auf einer Seite, der teilweise scharf gestellt ist, aber meistens nicht in unterschiedlichem Maße

Ein Bild, ein Bildpunkt oder ein Bildbereich ist scharf, wenn das Licht von den Objektpunkten im Bild so weit wie möglich konvergiert, und unscharf, wenn das Licht nicht gut konvergiert. Die Grenze dazwischen wird manchmal mit dem Kriterium des „Zerstreuungskreises“ definiert.

Ein Hauptfokus oder Brennpunkt ist ein spezieller Fokus:

• Für eine Linse oder einen sphärischen oder parabolischen Spiegel ist es ein Punkt, auf den kollimiertes Licht parallel zur Achse fokussiert wird. Da Licht in beide Richtungen durch eine Linse fallen kann, hat eine Linse zwei Brennpunkte – einen auf jeder Seite. Der Abstand in der Luft von der Hauptebene der Linse oder des Spiegels bis zum Brennpunkt wird Brennweite genannt.
• Elliptische Spiegel haben zwei Brennpunkte: Licht, das durch einen dieser Punkte fällt, bevor es auf den Spiegel trifft, wird so reflektiert, dass es durch den anderen Punkt fällt.
• Der Brennpunkt eines hyperbolischen Spiegels ist einer von zwei Punkten, die die Eigenschaft haben, dass das Licht von einem Punkt so reflektiert wird, als käme es vom anderen.

Divergierende (negative) Linsen und konvexe Spiegel fokussieren einen kollimierten Strahl nicht auf einen Punkt. Stattdessen ist der Brennpunkt der Punkt, von dem das Licht auszugehen scheint, nachdem es durch die Linse gelaufen ist oder vom Spiegel reflektiert wurde. Ein konvexer Parabolspiegel reflektiert einen kollimierten Lichtstrahl so, dass es so aussieht, als ob er vom Brennpunkt ausstrahlt, oder reflektiert umgekehrt Strahlen, die auf den Brennpunkt gerichtet sind, als einen kollimierten Strahl. Ein konvexer elliptischer Spiegel reflektiert Licht, das auf einen Brennpunkt gerichtet ist, so, als ob es vom anderen Brennpunkt ausstrahlen würde, wobei sich beide Brennpunkte hinter dem Spiegel befinden. Ein konvexer hyperbolischer Spiegel reflektiert Strahlen, die vom Brennpunkt vor dem Spiegel ausgehen, so, als ob sie vom Brennpunkt hinter dem Spiegel ausgingen. Umgekehrt kann er Strahlen, die vom Brennpunkt hinter dem Spiegel ausgehen, auf den Brennpunkt vor dem Spiegel fokussieren, wie dies bei einem Cassegrain-Teleskop der Fall ist.