Imagebildung

Imagebildung bezeichnet in der Optik den Prozess der Erzeugung eines Abbilds eines Objekts durch ein optisches System aus Lichtstrahlen. Typische Systeme sind Linsen, Spiegel und kombinierte Baugruppen, die das Licht bündeln, fokussieren und auf einer Bildebene oder Sensorfläche abbilden. Das Abbild kann real oder virtuell sein, je nachdem, ob die Strahlen nach der Abbildung auf einer Fläche konvergieren oder gerade aus dem System herausgehen.

Das einfache Modell der geometrischen Optik verwendet Linsenformeln: 1/f = 1/do + 1/di, wobei do der Objektabstand und di der Bildabstand bezeichnet sind, gemessen von der Linse. Das Bild wird mit dem Vorzeichen der Abstände und dem Maßstab m = - di/do charakterisiert. Ein realeres Abbild entsteht, wenn die Strahlen nach der Linse eine gemeinsame Schnittstelle besitzen und auf einer Bildebene (z. B. Film oder Sensor) abgebildet werden. Virtuelle Bilder erscheinen, wenn das Strahlenzentrum hinter der Linse nicht auf eine reale Fläche fokussiert wird, wie beim Betrachten durch eine Lupenlinse.

Die Bildqualität wird von optischen Aberrationen beeinflusst, etwa sphärische und chromatische Aberration, Koma oder Astigmatismus. Mehrlinsige Systeme und speziell konzipierte Objektive (Achromaten, apochromatische Linsen) mildern diese Fehler. Zudem begrenzt die Wellenoptik die Auflösung durch Diffraction, definiert durch das Beugungslimit und die Point-Spread-Funktion. Die Fähigkeit, feine Details zu unterscheiden, wird durch die Rayleigh- oder Modulationsübertragungsfunktion beschrieben.

In der Praxis finden sich verschiedene Anwendungen der Bildbildung: Kamerasysteme erzeugen Fotografien, Mikroskope vergrößern winzige Strukturen, Teleskope bilden Himmelsobjekte ab, und das menschliche Auge erzeugt auf der Netzhaut ein Bild des Sichtfeldes. Verbreitete Verfahren umfassen Pinhole-Kameras, digitale Sensorik und computergestützte Rekonstruktion.