¿Por qué no se pueden usar lentes cóncavos como lupas?

En su imagen, no está claro cómo termina realmente con una "imagen grande". No basta con tener en cuenta un solo rayo de luz por punto del objeto.

También debe considerar cómo vemos algo en realidad, porque si lo piensa, en cualquier momento hay luz que llega a nuestros ojos y proviene de todo tipo de direcciones y de todo tipo de objetos. Sin embargo, solo una pequeña parte se usa para crear la imagen que vemos.

Es necesario distinguir entre imágenes virtuales e imágenes reales.

Las imágenes reales se forman si todos (o al menos muchos) los rayos de luz que provienen de un punto del objeto se enfocan en un punto del lado del espectador. En ese caso, puede, por ejemplo, colocar una pantalla/papel en el lado del espectador en el que se proyecta una imagen. Este es, por ejemplo, el caso de los proyectores o las cámaras.

En el caso de las imágenes virtuales , los rayos de luz divergen del lado del espectador, por lo que los rayos que provienen de un punto del objeto no se enfocan en un solo punto del lado del espectador en ninguna parte. Por lo tanto, uno no puede tener una proyección directamente en una pantalla. Sin embargo, todos los rayos de un punto del objeto aparecen en el lado del espectador como si vinieran de un solo punto (si no hubiera lente). El ojo vuelve a enfocar todos estos rayos y produce una imagen real dentro del ojo, de la misma manera que lo haría al mirar un objeto real del tamaño/distancia de la imagen virtual.

Veamos las cuatro combinaciones de lentes virtuales/reales convexas/cóncavas para una sola lente:

Convexo, imagen real

Si el objeto se encuentra fuera de la distancia focal de la lente, se forma una imagen real (invertida) en el lado del espectador. Esto es efectivamente lo que tienes en el caso de las cámaras, aunque tienen un sistema óptico algo más complicado, ya que, por ejemplo, necesitan mantener constante la distancia de la lente a la película/sensor/pantalla, independientemente de qué tan lejos esté el objeto. Si toma una lupa y mira un objeto distante a través de ella, también debería obtener este efecto. Pero tenga en cuenta que, en ese caso, su ojo no está donde se forma la imagen, sino más lejos (a la derecha en la imagen de abajo).

Imagen virtual convexa

Si el objeto está dentro de la distancia focal de la lente, se forma una imagen virtual. Los rayos de luz en el lado del observador divergen pero parecen provenir de un punto correspondiente a un objeto vertical (virtual) más grande. Este es el caso de la lupa cuando se usa para magnificar cosas.

Imagen virtual cóncava

Independientemente de si el objeto está dentro o fuera de la distancia focal, estas lentes siempre producen una imagen virtual más pequeña que la original.