Изображение оптическое

Изображе́ние оптическое

Картина, получаемая в результате действия оптической системы (См. Оптические системы) на лучи, испускаемые объектом, и воспроизводящая контуры и детали объекта. Практическое использование И. о. часто связано с изменением масштаба изображений предметов и их проектированием на поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. д.). Основой зрительного восприятия предмета является его И. о., спроектированное на сетчатку глаза.

Максимальное соответствие изображения объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой. Иными словами, после всех преломлений и отражений в оптической системе лучи, испущенные светящейся точкой, должны пересечься в одной точке. Однако это возможно не при любом расположении объекта относительно системы. В случае, например, систем, обладающих осью симметрии (оптической осью (См. Оптическая ось)), можно получить точечные И. о. лишь тех точек, которые находятся на небольшом угловом удалении от оси, в так называемой параксиальной области. Применение законов геометрической оптики (См. Геометрическая оптика) позволяет определить положение И. о. любой точки из параксиальной области; для этого достаточно знать, где расположены Кардинальные точки системы.

Совокупность точек, И. о. которых можно получить с помощью оптической системы, образует пространство объектов, а совокупность точечных изображений этих точек — пространство изображений.

И. о. разделяют на действительные и мнимые. Первые создаются сходящимися пучками лучей в точках их пересечения. Поместив в плоскости пересечения лучей экран или фотоплёнку, можно наблюдать на них действительное И. о. В других случаях лучи, выходящие из оптической системы, расходятся, но если их мысленно продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке. Эту точку называют мнимым изображением точки-объекта; она не соответствует пересечению реальных лучей, поэтому мнимое И. о. невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое И. о. способно играть роль объекта по отношению к другой оптической системе (например, глазу или собирающей линзе), которая преобразует его в действительное.

Оптический объект представляет собой совокупность светящихся собственным или отражённым светом точек. Зная, как оптическая система изображает каждую точку, легко построить и изображение объекта в целом.

И. о. действительных объектов в плоских зеркалах (См. Зеркало) — всегда мнимые (рис. а); в вогнутых зеркалах и собирающих Линзах они могут быть как действительными, так и мнимыми в зависимости от удаления объектов от зеркала или линзы (рис. б, г). Выпуклые зеркала и рассеивающие линзы дают только мнимые И. о. действительных объектов (рис. б, д). Положение и размеры И. о. зависят от характеристик оптической системы и расстояния между нею и объектом (см. Увеличение оптическое). Лишь в случае плоского зеркала И. о. по величине всегда равно объекту.

Если точка-объект находится не в параксиальной области, то исходящие из неё и прошедшие через оптическую систему лучи не собираются в одну точку, а пересекают плоскость изображения в разных точках, образуя аберрационное пятно (см. Аберрации оптических систем); размеры этого пятна зависят от положения точки-объекта и конструкции системы. Безаберрационными (идеальными) оптическими системами, дающими точечное изображение точки, являются только плоские зеркала. При конструировании оптических систем аберрации исправляют, т. е. добиваются, чтобы аберрационные пятна рассеяния не ухудшали в заметной степени картины изображения; однако полное уничтожение аберраций невозможно.

Следует отметить, что сказанное выше строго справедливо лишь в рамках геометрической оптики, которая является хотя и достаточно удовлетворительным во многих случаях, но всё-таки лишь приближённым способом описания явлений, происходящих в оптических системах. Только в геометрической оптике, где отвлекаются от волновой природы света и, в частности, не учитывают явления дифракции света, И. о. светящейся точки можно считать точечным. Более детальное рассмотрение микроструктуры И. о., принимающее во внимание волновую природу света, показывает, что изображение точки даже в идеальной (безаберрационной) системе представляет собой не точку, а сложную дифракционную картину (подробнее об этом см. в ст. Разрешающая способность оптических приборов).

Для оценки качества И. о., получившей большое значение в связи с развитием фотографических, телевизионных и пр. методов, существенно распределение плотности световой энергии в изображении. С этой целью используют особую характеристику — контраст где E_min и E_max — наименьшее и наибольшее значения освещённости (См. Освещённость) в И. о. стандартного тест-объекта; за такой объект обычно принимают решётку, яркость которой меняется по синусоидальному закону с частотой R (число периодов решётки на мм). К зависит от R и направления штрихов решётки. Функция k(R) называется частотно-контрастной характеристикой (См. Частотно-контрастная характеристика). В идеальных системах k равен нулю при К = 2А' /λи более, где A' — числовая Апертура системы в пространстве изображений, λ — длина волны света. Чем меньше k при заданной R, тем хуже качество И. о. в данной системе.

Лит.: Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., [ч.] 1, М. — Л., 1948, гл. 8, 10, 14: Слюсарев Г. Г., Методы расчета оптических систем, 2 изд., Л., 1969.

Г. Г. Слюсарев.

Образование оптических изображений: а — мнимого изображения M' точки М в плоском зеркале; б — мнимого изображения M' точки М в выпуклом сферическом зеркале; в — мнимого изображения M' точки М и действительного изображения N' точки N в вогнутом сферическом зеркале; г — действительного A' B' и мнимого M'N' изображений предметов AB и MN в собирающей линзе; д — мнимого изображения M'N' предмета MN в рассеивающей линзе: i, j — углы падения лучей; i', j' — углы отражения: С—центры сфер; F, F' — фокусы линз.