Die Lupe ist eine Sammellinse, der Gegenstand liegt innerhalb der einfachen Brennweite.
Die Linse erzeugt in diesem Fall ein virtuelles Bild. Sie vergrößert den Winkel, unter dem wir den Gegenstand sehen.
Beim Lichtmikroskop werden im einfachsten Fall zwei Sammellinsen verwendet: das Okular und das Objektiv.
Das Objektiv ist eine stark brechende Sammellinse mit einer Brennweite von nur wenigen mm. Es erzeugt ein reelles und stark vergrößertes Bild.
Dieses wird durch das Okular wie mit einer Lupe betrachtet. Die Vergrößerung ist das Produkt aus Objektiv- und Okularvergrößerung (z. B. 25×8 = 200 fach). Das Bild ist virtuell.
Je stärker das Mikroskop vergrößert, desto weniger Licht kommt ins Auge. Daher haben Mikroskope häufig eine zusätzliche Beleuchtung.
Beim Fernrohr entsteht ein Zwischenbild, das aber aufgrund der großen Gegenstandsweite stark verkleinert ist. Da die einfallenden Strahlen aufgrund der Entfernung praktisch parallel sind, entsteht das Bild in der Ebene durch den Brennpunkt. Dort liegt auch der Brennpunkt des Okulars, das auch in diesem Fall als Lupe wirkt. Die Vergrößerung ist der Quotient der beiden Brennweiten und ist umso größer, je größer die Brennweite des Objektivs und je kleiner die Brennweite des Okulars ist. Ein größerer Objektivdurchmesser bewirkt, dass sich die Helligkeit des Bildes erhöht, was besonders für astronomische Fernrohre wichtig ist.
Die einfallenden Strahlen (Öffnung D) werden auf einer kleinen Fläche (Austrittspupille) gesammelt, die Helligkeit im Verhältnis der Brennweiten vergrößert.
Die Hornhaut, das Kammerwasser, die Augenlinse und der Glaskörper bilden zusammen ein lichtbrechendes System, durch das ein scharfes Bild auf die Netzhaut geworfen wird. Durch den Ziliarmuskel kann die Augenlinse stärker oder schwächer gekrümmt werden, wodurch sich die Brennweite um etwa 4 mm verändert. Ist die Linse am flachsten, so wird ein einfallendes paralleles Strahlenbündel auf der Netzhaut vereinigt. Ist sie am stärksten gekrümmt, so können Lichtstrahlen, die von einem etwa 10 cm vor dem Auge befindlichen Gegenstand ausgehen, auf der Netzhaut gesammelt werden. Man bezeichnet die Fähigkeit der Augenlinse, durch Verändern der Brechkraft auf einen Entfernungsbereich von etwa 100 mm (Nahpunkt) bis unendlich scharf zu stellen, als Akkomodation.
Vor der Augenlinse liegt die farbige Regenbogenhaut (Iris), die als Blende wirkt und die einfallende Lichtmenge regelt. Je heller unsere Umgebung ist, desto mehr verkleinert sich die Öffnung der Iris, die Pupille. Schädliche Lichtintensitäten werden dadurch von der Netzhaut ferngehalten.
Der Sehwinkel bestimmt, wie groß ein Objekt auf der Netzhaut unseres Auges abgebildet wird. Der kleinste Winkel, unter dem wir zwei Punkte getrennt wahrnehmen, beträgt etwa eine Bogenminute.
