Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ИЗОБРАЖЕ́НИЕ ОПТИ́ЧЕСКОЕ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 11. Москва, 2008, стр. 18

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Г. Г. Слюсарев

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.

Образование оптических изображений: а – мнимого изображения М′ точки М в плоском зеркале; б – мнимого изображения М′ точки М в выпуклом сферическом зеркале; в – мнимого и...

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., бд). 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.

Лит.: Слю­са­рев Г. Г. Ме­то­ды рас­че­та оп­ти­че­ских сис­тем. 2-е изд. Л., 1969; Апен­ко М. И., Ду­бо­вик А. С. При­клад­ная оп­ти­ка. 2-е изд. М., 1982.

Вернуться к началу