ИЗОБРАЖЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЕ

ИЗОБРАЖЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЕ

       

картина, получаемая в результате прохождения через оптическую систему лучей, распространяющихся от объекта, и воспроизводящая его контуры и детали. При практич. использовании И. о. пользуются возможностью изменения масштаба изображений предметов и их проектирования на поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. д.). Основой зрит. восприятия предмета явл. его И. <о., спроектированное на сетчатку глаза.

Макс. соответствие изображения объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой. Иными словами, после всех преломлений и отражений в оптич. системе лучи, испущенные светящейся точкой, должны пересечься в одной точке. Однако это возможно не при любом расположении объекта относительно системы. Напр., системы, обладающие осью симметрии (оптической осью), дают точечные И. о. лишь тех точек, к-рые находятся на небольшом угловом удалении от оси, в т. н. параксиальной области. Применение законов геометрической оптики позволяет определить положение И. о. любой точки из параксиальной области; для этого достаточно знать, где расположены кардинальные точки системы.

Совокупность точек, И. о. к-рых можно получить с помощью оптич. 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 действит. И. о. В др. случаях лучи, выходящие из оптич. системы, расходятся, но если их мысленно продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке. Эту точку наз. мнимым изображением точки-объекта; т. к. она не соответствует пересечению реальных лучей, то мнимое И. о. невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое И. <о. способно играть роль объекта по отношению к др. оптич. системе (напр., глазу или собирающей линзе), к-рая преобразует его в действительное.

Образование оптич. изображений: а — мнимого изображения М' точки М в плоском зеркале; б — мнимого изображения М' точки М в выпуклом сферич. зеркале; в — мнимого изображения М' точки М и действительного изображения N' точки N в вогнутом сферич. зеркале; г — действительного А'В' и мнимого М'N' изображений предметов АВ 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.

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. действит. объектов в плоских зеркалах — всегда мнимые (рис., а); в вогнутых зеркалах и собирающих линзах они могут быть как действительными, так и мнимыми, в зависимости от положения объектов относительно фокуса зеркала или линзы (рис., в, г). Выпуклые зеркала и рассеивающие линзы дают только мнимые И. <о. действит. объектов (рис., б, д). Положение и размеры И. о. зависят от хар-к оптич. 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 оптич. 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) оптич. системами, дающими точечное изображение точки, явл. только плоские зеркала. При конструировании оптич. систем аберрации исправляют, т. е. добиваются, чтобы аберрац. пятна рассеяния не ухудшали в заметной степени картины изображения; однако полное уничтожение аберраций невозможно.

Сказанное выше строго справедливо лишь в рамках геом. оптики (не учитывающей волн. явлений, напр. дифракции света), к-рая явл. хотя и достаточно удовлетворительным во мн. случаях, но всё-таки лишь приближённым способом описания явлений, происходящих в оптич. системах. Более детальное рассмотрение микроструктуры И. <о., принимающее во внимание волн. природу света, показывает, что изображение точки даже в идеальной (безаберрационной) системе представляет собой не точку, а сложную дифракц. картину (подробнее (см. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ)).

Для оценки кач-ва И. <о., получившей большое значение в связи с развитием фотогр., телевиз. и пр. методов, существенно распределение плотности световой энергии в изображении. С этой целью используют особую хар-ку — контраст

k=(Eмакс-Eмин)/(Eмакс+Eмин),

где Eмин и Eмакс — наименьшее и наибольшее значения освещённости в И. о. стандартного тест-объекта; за такой объект обычно принимают решётку, яркость к-рой меняется по синусоидальному закону с частотой R (число периодов решётки на 1 мм). Контраст k зависит от R и направления штрихов решётки. Ф-ция k(R) наз. частотно-контрастной характеристикой. Чем меньше k при заданной R, тем хуже кач-во И. о. в данной системе.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ИЗОБРАЖЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЕ

- картина, получаемая в результате прохождения через оптическую систему лучей, распространяющихся от объекта, и воспроизводящая его контуры и детали. При практич. использовании И. о. часто меняют масштаб изображения предметов при проецировании на к.-л. поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. п.). Основой зрит, восприятия предмета является его И. о., спроецированное на сетчатку глаза. <Макс. соответствие изображения объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой. Иными словами, после всех преломлений и отражений в оптич. системе лучи, испущенные светящейся точкой, должны пересечься в одной точке. Однако это возможно не при любом расположении объекта относительно системы. Напр., системы, обладающие осью симметрии ( оптической осью), дают точечные И. о. лишь тех точек, к-рые находятся на небольшом удалении от оси, в т. н. параксиальной области. Применение законов геометрической оптики позволяет определить положение И. о. любой точки из параксиальной области; для этого достаточно знать, где расположены кардинальные точки оптической системы. Совокупность точек, И. о. к-рых можно получить с помощью оптич. 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 пересечениялучей экран или фотоплёнку, можно наблюдать на них действительное И. о. В др. случаях лучи, выходящие из оптич. системы, расходятся, но если их мысленно продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке. Эту точку наз. мнимым изображением точки-объекта; т. к. она не соответствует пересечению реальных лучей, то мнимое И. о. невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое И. о. способно играть роль объекта по отношению к др. оптич. системе (напр., глазу или собирающей линзе), к-рая 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); в вогнутых зеркалах и собирающих линзах они могут быть как действительными,

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 Л " точки N в вогнутом сферическом зеркале; г - действительного А'В' и мнимого М' изображений предметов АВ и МN 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.

так и мнимыми, в зависимости от положения объектов относительно фокуса зеркала или линзы (рис., в, г). Выпуклые зеркала и рассеивающие линзы дают только мнимые И. о. действительных объектов (рис., б, д). Положение и размеры И. о. зависят от характеристик оптич. системы и расстояния между нею и объектом (см. Увеличение оптическое). Лишь в случае плоского зеpкала И. о. по величине всегда равно объекту. <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 этого пятна зависят от положения точки-объекта и конструкции системы. Безаберрационными (идеальными) оптич. системами, дающими точечное изображение точки, являются только плоские зеркала. При конструировании оптич. систем аберрации исправляют, т. е. добиваются того, чтобы аберрац. пятна рассеяния не ухудшали в заметной степени картины изображения; однако полное уничтожение аберраций невозможно. <Сказанное выше строго справедливо лишь в рамках геом. оптики (не учитывающей волновых явлений, напр, дифракции света), к-рая является хотя идостаточно удовлетворительным во мн. случаях, по всё-таки лишь приближённым способом описания явлений, происходящих в оптнч. системах. Более детальное рассмотрение микроструктуры И. о., принимающее во внимание волновую природу света, показывает, что изображение точки даже в идеальной (безаберрац.) системе представляет собой не точку, а сложную дифракц. картину (подробнее см. в ст. Разрешающая способность оптич. приборов).Для оценки качества И. о., получившей большое значение в связи с развитием фотогр., телевиз. и пр. методов, существенно распределение плотности световой энергии в изображении. С этой целью используют особую характеристику-контраст К=(Е _макс-E _мин).( Е _макс+E _мин)^-1, где E _мин и E _макс - наименьшее и наибольшее значение освещённости в И. о. стандартного тест-объекта; за такой объект обычно принимают решётку, яркость к-рой меняется по синусоидальному закону с частотой R (число периодов решётки на 1 мм). Контраст К зависит от R и направления штрихов решётки. Ф-ция К (R )наз. частотно-контрастной характеристикой. Чем меньше К при заданной R, тем хуже качество И. о. в данной системе. Лит.: Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., т. 1, М.- Л., 1948; Слюсарев Г. Г., Методы расчета оптических систем, 2 изд., Л., 1969, гл. 10; Марешаль А., Франсон М., Структура оптического изображения, пер. с франц., М., 1964. Г. Г. Слюсарев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.