virtuelles Bild

Ein virtuelles Bild entsteht, wenn Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch eine Linse oder nach der Reflexion an einem Spiegel so aussehen, als würden sie von einem Punkt hinter der optischen Oberfläche ausgehen, obwohl dort kein Licht wirklich zusammentrifft. Anders als ein reelles Bild, das man auf einen Schirm projizieren kann, existiert ein virtuelles Bild nur als optische Täuschung. Man sieht es, weil das Auge die auseinanderlaufenden Strahlen rückwärts in geraden Linien verfolgend bis zu einem imaginären Punkt zurückverfolgt.

Die häufigste Quelle virtueller Bilder ist der Konvexspiegel, bekannt als Sicherheitsspiegel oder Außenspiegel am Auto. Das Licht wird in alle Richtungen zurückgeworfen, und wenn man diese Strahlen rückwärts durch die Spiegelfläche verlängert, scheinen sie von einem Punkt hinter der reflektierenden Fläche auszugehen. Das Bild wirkt kleiner, aufrecht und weiter entfernt als es tatsächlich ist. Genauso erzeugt eine Zerstreuungslinse (Minuslinse) mit negativer Brennweite immer ein virtuelles Bild auf derselben Seite der Linse wie das beobachtete Objekt. Deshalb erzeugen Lesebrille für Kurzsichtigkeit virtuelle Bilder; die divergierenden Lichtstrahlen lassen die gedruckte Seite weiter weg und kleiner erscheinen, als sie für ein unkorrigiertes Auge wirken würde.

Entstehung und optische Eigenschaften

Virtuelle Bilder entstehen in Entfernungen, die durch die Linsen- oder Spiegelgleichung bestimmt werden: 1/f = 1/d_o + 1/d_i, wobei f die Brennweite ist, d_o der Objektabstand und d_i der Bildabstand. Kommt bei der Berechnung d_i negativ heraus, handelt es sich um ein virtuelles Bild. Die Vergrößerung eines virtuellen Bildes ist positiv, das heißt, die Bildausrichtung stimmt mit dem Objekt überein. Bei einem ebenen Spiegel (unendliche Brennweite) entsteht das virtuelle Bild in einem Abstand hinter dem Spiegel, der gleich dem Objektabstand davor ist, immer mit einer Vergrößerung von eins.

Virtuelle Bilder sind wesentlich in optischen Instrumenten, bei denen Vergrößerung oder Feldverbreiterung ohne Projektionsmöglichkeit erforderlich ist. Laupen, Loupenlinsent und Juwelierlupen nutzen alle virtuelle Bilder, um Details für das menschliche Auge zu vergrößern. Periskope und astronomische Teleskope setzen häufig auf virtuelle Bildbildung in ihren Okularstufen. Der Begriff "virtuell" unterscheidet diese von reellen Bildern, die Licht zu einem physikalischen Punkt konzentrieren und auf einem Detektor oder Schirm erfasst werden können.

In der Praxis müssen optische Systeme das Verhalten virtueller Bilder berücksichtigen, wenn Vergrößerung, Gesichtsfeld oder Aberrationskorrektur ausgelegt werden. Die Messung der Position eines virtuellen Bildes erfordert die Verfolgung von Strahlen durch das optische System oder die Nutzung von Simulationssoftware, da kein Schirm ein virtuelles Bild auffangen kann. Das Verständnis dafür, wo virtuelle Bilder entstehen, ist wichtig für die Behebung von Vergrößerungsproblemen und für die Gestaltung von Okularen und Betrachtungsoptiken.