Reelle und virtuelle Bilder

Ein Objekt $o$ wird in der Entfernung $x_o$ vor einer dünnen Linse bei $x=0$ platziert. Das Objekt ist $y_0$ von der optischen Achse entfernt. Die Abbildung des Objektes $i$ erscheint in der Entfernung $x_i$ hinter der Linse, mit einer Entfernung $y_i$ von der optischen Achse.

Ein Objekt, welches weiter von einer Sammellinse entfernt ist als die Brennweite, wird auf der anderen Linsenseite abgebildet. Wird ein Schirm an diese Bildposition eingebracht, ist das Objekt scharf zu erkennen, erscheint jedoch auf den Kopf gestellt. Dies ist ein reelles, umgekehrtes Bild. Die Vergrößerung ergibt sich aus Höhe des Bildes dividiert durch die Höhe des Objektes, $m=y_i/y_o=f/(x_o+f)$. Eine negative Vergrößerung bedeutet das Vorliegen eines umgekehrten Bildes.

Steht ein Objekt näher an einer Sammellinse als die Brennweite, laufen die Strahlen auf der anderen Seite der Linse auseinander (divergieren). Durch Rückextrapolieren dieser Linien (pink) kann die Position des virtuellen Bildes gefunden werden. Auf der gegenüberliegenden Seite scheint es, als ob das Licht vom virtuellen Bild kommen würde. Versucht man jedoch eine Kamera an die Position des virtuellen Bildes einzubringen, ist es nicht möglich, das Bild aufzunehmen. Das virtuelle Bild ist aufrecht und die Vergrößerung ist positiv.

Die Brennweite ist für eine Sammellinse positiv und für eine Zerstreuungslinse negativ. Zerstreuungslinsen liefern stets virtuelle, aufrechte Bilder.

Lupe
Ein Mensch kann nicht auf ein Objekt fokussieren, wenn es zu nah ist. Die minimale benötigte Entfernung, bei der das Auge auf ein Objekt fokussieren kann, heißt Nahpunkt. Diese Entfernung ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich, typischerweise sind es jedoch ca. 25 cm. Wird das Objekt in die Brennweite in unmittelbarer Nähe des Brennpunktes einer Sammellinse gebracht, werden die divergierenden Strahlen in einen paralleleren Verlauf gebrochen. So ist es möglich, auf das Objekt zu fokusieren, obwohl es näher als der Nahpunkt ist.

Für eine Lupe wird das Objekt näher an die Linse gebracht als die Brennweite, damit sieht das Auge ein vergrößertes virtuelles Bild. Die Vergrößerung ist ca. $m = \frac{0.25}{f}$ wobei die Brennweite $f$ in Metern gemessen wird.