ИЗОБРАЖЕ́НИЕ ОПТИ́ЧЕСКОЕ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ИЗОБРАЖЕ́НИЕ ОПТИ́ЧЕСКОЕ, возникает в результате прохождения через оптическую систему лучей, распространяющихся от объекта, и воспроизводит его контуры и детали. При практич. использовании часто меняют масштаб изображения предметов при проецировании на к.-л. поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. п.). Основой зрительного восприятия предмета является его И. о., спроецированное на сетчатку глаза.
Макс. соответствие изображения объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой, т. е. когда после всех преломлений и отражений в оптич. системе лучи, исходящие из к.-л. точки объекта, пересекаются в одной точке. В случае систем, обладающих осью симметрии (оптич. осью), это возможно лишь для тех точек, которые находятся на небольшом удалении от оси, в т. н. параксиальной области. Положение И. о. любой точки из параксиальной области можно определить по законам геометрической оптики, зная расположение кардинальных точек оптич. системы.
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. Если же лучи, выходящие из оптич. системы, расходятся, но при их мысленном продолжении в противоположном направлении они пересекутся в одной точке, то эту точку называют мнимым изображением точки-объекта. Поскольку она не соответствует пересечению реальных лучей, мнимое И. о. невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое И. о. может быть объектом по отношению к др. оптич. системе (напр., глазу или собирающей линзе), которая преобразует его в действительное. Оптич. объект представляет собой совокупность светящихся собственным или отражённым светом точек. Зная, как оптич. система изображает каждую точку, легко графически построить и изображение объекта в целом.
И. о. действительных объектов в плоских зеркалах – всегда мнимые (рис., а). Выпуклые зеркала и рассеивающие линзы дают только мнимые И. о. действительных объектов (рис., б, д). Вогнутые зеркала и собирающие линзы могут давать как действительные, так и мнимые изображения в зависимости от положения объектов относительно фокуса зеркала или линзы (рис., в, г). Положение и размеры И. о. зависят от характеристик оптич. системы и расстояния между ней и объектом (см. Увеличение оптическое). Лишь в случае плоского зеpкала И. о. по величине всегда равно размеру объекта.
Если точка-объект находится не в параксиальной области, то исходящие из неё и прошедшие через оптич. систему лучи не собираются в одну точку, а пересекают плоскость изображения в разных точках, образуя аберрационное пятно (см. Аберрации оптических систем), размеры которого зависят от положения точки-объекта и конструкции системы. И. о. без аберраций дают только плоские зеркала. При конструировании оптич. систем аберрации исправляют, т. е. добиваются того, чтобы аберрационные пятна рассеяния не ухудшали в заметной степени картину изображения; однако полное уничтожение аберраций невозможно.
Сказанное выше строго справедливо лишь в рамках геометрич. оптики, не учитывающей волновых явлений, напр. дифракции света. С учётом волновой природы света изображение точки даже в идеальной (безаберрационной) системе представляет собой не точку, а сложную дифракционную картину.
Для оценки качества И. о. используют особую характеристику – контраст $K = (E_{макс} – E_{мин})/(E_{макс}+ E{мин})$, где $E_{мин}$ и $E_{макс}$ – наименьшее и наибольшее значения освещённости в И. о. стандартного тест-объекта. Таким объектом обычно является решётка, яркость которой меняется по синусоидальному закону с пространственной частотой $R$ (число периодов решётки на 1 мм). Контраст $K$ зависит от $R$ и направления штрихов решётки. Функция $K(R)$ называется частотно-контрастной характеристикой. Чем меньше $K$ при заданной частоте $R$, тем хуже качество И. о. в данной системе.
-
Образование оптических изображений: а – мнимого изображения М′ точки М в плоском зеркале; б – мнимого изображения М′ точки М в выпуклом сферическом зеркале; в – мнимого изображения М′ точки М и действительного изображения N′ точки N в вогнутом сферическом зеркале; г – действительного А′В′ и мнимого М′N′ изображений предметов АВ и МN в собирающей линзе; д – мнимого изображения M′N′ предмета MN в рассеивающей линзе; α, β – углы падения лучей; α′, β′ – углы отражения; С – центры сфер; F, F′ – фокусы линз.
