Optische Abbildung

Die optische Abbildung ist in der Optik die Projektion eines Objekts durch ein optisches System auf die Bildebene. Hierfür ist Licht erforderlich.

Einfache Formen der optischen Abbildung finden sich bereits in der freien Natur: So nehmen Lichtflecken, die unter einem löchrigen Blätterdach am Boden sichtbar sind, nicht die Form der Löcher, sondern die der Lichtquelle an. D. h. bei Sonnenschein sind sie rund (außer bei partiellen Sonnenfinsternissen; bei Mondschein nehmen sie die Form der Mondsichel an.

Diese Beobachtung führt in einer ersten Abstraktion zur Entwicklung der Camera Obscura: In einem abgedunkelten Raum, dessen eine Wand ein kleines Loch hat, wird auf der Rückseite eine Abbildung der äußeren Realität erzeugt. Dieses altbekannte Phänomen findet seinen Niederschlag auch im Höhlengleichnis der Philosophie.

Das Bild, das in der Camera Obscura erzeugt wird, ist umso heller, je größer das Loch ist. Allerdings nimmt mit der Größe des Lochs auch die Schärfe des Bildes ab. Dieses Dilemma lässt sich durch Bündelung des Lichts mittels einer Sammellinse auflösen. Jede Sammellinse hat einen Brennpunkt, in dem das Licht einer "punktförmigen, unendlich weit entfernten Lichtquelle" wieder zu einem Punkt vereinigt wird. Eine flächige Lichtquelle wird wiederum zu einem Bild derselben vereinigt (natürlich in der Brennebene, da der Brennpunkt ja ohne Ausdehnung ist und somit kein ausgedehntes Bild aufnehmen kann). Dies kann der Leser selbst mit einer Lupe und dem Licht einer Kerze oder eines anderen klar strukturierten Leuchtkörpers (z.B. einer Wohnzimmerlampe) nachprüfen.

Der Brennpunkt trägt seinen Namen, da mit dem in ihm erzeugten Bild der Sonne Gegenstände in Brand gesetzt werden können.

Die idealisierende Strahlenoptik geht dabei von einer unendlich weit entfernten punktförmigen Lichtquelle aus. Befindet sich der leuchtende Gegenstand nicht im Unendlichen, sondern in der Entfernung einer endlichen Gegenstandsweite, so wird das Bild in der zugeordneten Bildweite, die bei der Sammellinse stets größer ist als die Brennweite erzeugt. Die Bildebene ist dabei gekrümmt.

Als weitere Ungenauigkeit kommt bei Linsen, die nicht unendlich dünn sind (und welche Linse ist das schon?) hinzu, dass Licht verschiedener Farbe unterschiedliche Brennweiten besitzt. Dies kann durch Doppellinsen korrigiert werden.

Alle bisher beschriebenen einfachen optischen Systeme stellen das Bild auf den Kopf; genauer: sie drehen es um 180°. Durch eine weitere Sammellinse kann dieses Bild erneut gedreht werden. Der Abstand der beiden Linsen entspricht dabei inetwa der Summe ihrer Brennweiten, muss aber erhöht werden, wenn ein naher Gegenstand betrachtet werden soll. Dies ist das Prinzip eines einfachen astronomischen Fernrohrs, wie es - in den Niederlanden gebräuchlich - von Galileo Galilei in Italien publik gemacht worden ist und wie es auch dem Objektiv einer Fotokamera zugrunde liegt.

Weitere abbildende Systeme sind: Spiegel, Mikroskop

Siehe auch: Abbildungsfehler, Elektronenoptik