Изображение оптическое. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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 пересечения лучей 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 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, 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 и достаточно 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. функция К (R)наз. частотно-контрастной характеристикой. Чем меньше К при заданной R, тем хуже качество И. о. в данной системе.

Литература по оптическим изображениям

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.