Strahlengang durch dünne Linsen

Optisches Raytracing simuliert den Lichtweg durch Linsen mittels Snellius-Brechungsgesetz. Es folgt dem Fermatschen Prinzip der kürzesten Zeit: Licht wählt den Weg mit der minimalen Laufzeit. Sphärische Aberration tritt auf, weil Linsenrandstrahlen stärker gebrochen werden als achsennahe Strahlen.

Eine dünne Linse lenkt alle Strahlen eines Objektpunkts so ab, dass sie sich wieder in einem einzigen Bildpunkt treffen, deshalb musst du nur zwei einfache verfolgen. Der achsenparallele Strahl verlässt die Spitze waagerecht und geht danach durch den Brennpunkt; der Mittelpunktstrahl läuft ungebrochen durch die Linsenmitte. Wo sich beide schneiden, liegt das Bild. Treffen sie sich erst bei rückwärtiger Verlängerung, ist das Bild virtuell — der Fall der Lupe.

Schiebe das Objekt zum Brennpunkt und beobachte, wie die Bildweite v gegen +∞ rast, verschwindet und links als −∞ wieder auftaucht — ein virtuelles Bild. Nichts springt physikalisch; die Linsengleichung 1/v = 1/f − 1/u ist eine Möbiustransformation (gebrochen-lineare Abbildung), und solche Abbildungen behandeln das Unendliche als gewöhnlichen Punkt. Beim Überschreiten von u = f gleitet das Bild einfach durch diesen unendlich fernen Punkt und wechselt von reell zu virtuell.