det mønster, der produceres ved virkningen af et optisk system på strålerne, der udsendes af et objekt, og som gengiver objektets konturer og detaljer. Den praktiske anvendelse af et optisk billede medfører ofte en ændring i omfanget af objektets billeder og fremspring på en overflade (såsom en skærm, fotografisk film eller fotokatode). Grundlaget for den visuelle opfattelse af et objekt er dets optiske billede, som projiceret på øjets nethinden.

maksimal korrespondance af billedet til objektet opnås, når hvert punkt af objektet er repræsenteret af et punkt. Med andre ord, efter alle brydninger og refleksioner i det optiske system, skal strålerne, der udsendes af lyskilden, krydse hinanden på et enkelt punkt. Dette er dog ikke muligt for enhver placering af et objekt i forhold til systemet. For eksempel i tilfælde af systemer, der har en symmetriakse (en optisk akse), kan punktoptiske billeder kun produceres for de punkter, der ligger i en lille vinkel på aksen, i det såkaldte paraksiale område. Placeringen af det optiske billede af ethvert punkt i det paraksiale område kan findes ved at anvende lovene om geometrisk optik; kendskab til placeringen af kardinalpunkterne i systemet er tilstrækkeligt til dette formål.

totaliteten af punkter, hvis optiske billede kan produceres ved hjælp af et optisk system, danner et objektrum, og totaliteten af punktbillederne af disse punkter danner billedrummet.

Der skelnes mellem reelle og virtuelle optiske billeder. Ægte billeder skabes ved at konvergere stråler af stråler på deres skæringspunkter. Det virkelige optiske billede kan observeres ved at placere en skærm eller fotografisk film i skæringsplanet for strålerne. I andre tilfælde divergerer strålerne fra et optisk system, men hvis de mentalt fortsættes i den modsatte retning, vil de krydse hinanden på et enkelt punkt. Dette punkt kaldes det virtuelle billede af et punktobjekt; det svarer ikke til skæringspunktet mellem virkelige stråler, og derfor kan et virtuelt optisk billede ikke produceres på en skærm eller optages på film. Imidlertid kan et virtuelt optisk billede spille rollen som et objekt i forhold til et andet optisk system (for eksempel øjet eller en konvergerende linse), som konverterer det til et rigtigt billede.

et optisk objekt er et sæt punkter oplyst af sit eget eller reflekterede lys. Hvis den måde, hvorpå et optisk system repræsenterer hvert punkt, er kendt, er det let at konstruere et billede af hele objektet.

de optiske billeder af virkelige objekter i flade spejle er altid virtuelle (se figur 1, a); i konkave spejle og konvergerende linser kan de enten være ægte eller virtuelle billeder, afhængigt af objekternes afstand fra spejlet eller linsen (Figur 1, c og d). Konvekse spejle og divergerende linser producerer kun virtuelle optiske billeder af virkelige objekter (Figur 1, b og e). Placeringen og dimensionerne af et optisk billede afhænger af det optiske systems egenskaber og af afstanden mellem det og objektet. Kun i tilfælde af et fladt spejl er et optisk billede altid lig med objektet.

Hvis et punktobjekt ikke ligger i det paraksiale område, samles de stråler, der kommer ud af det og passerer gennem det optiske system, ikke på et enkelt punkt, men skærer billedplanet på forskellige punkter og danner et aberrationelt sted; størrelsen på stedet afhænger af placeringen af punktobjektet og af systemets design. Kun flade spejle er nonaberrational (ideelle) optiske systemer, der producerer et punktbillede af et punkt. Ved udformningen af optiske systemer korrigeres aberrationer-det vil sige, at der gøres en indsats for at sikre, at spredningsaberrationer ikke forringer billedet i mærkbar grad; imidlertid er fuldstændig eliminering af aberrationer umulig.

det skal bemærkes, at ovenstående kun er strengt gyldigt inden for rammerne af geometrisk optik, som, selvom det i mange tilfælde er ganske tilfredsstillende, ikke desto mindre kun er en omtrentlig metode til at beskrive de fænomener, der forekommer i optiske systemer. Kun i geometrisk optik, hvor abstraktion fra lysets bølgekarakter anvendes, og især fænomenerne med lysdiffraktion ikke tages i betragtning, kan det optiske billede af et lyspunkt betragtes som et punktbillede. Mere detaljeret undersøgelse af mikrostrukturen af et optisk billede under hensyntagen til lysets bølgeart viser, at et punktbillede, selv i et ideelt (nonaberrational) system, er et komplekst diffraktionsmønster snarere end et punkt.

Figur 1. Dannelse af optiske billeder: (a) virtuelt billede M ‘af punkt M i et fladt spejl, (b) virtuelt billede M’ af punkt M i et konveks sfærisk spejl, (c) virtuelt billede M ‘af punkt M og reelt billede AB’ AF punkt N i et konkavt sfærisk spejl, (d) rigtigt billede A ‘ B ‘og virtuelt billede M’ n ‘af objekter AB og MN i en konvergerende linse, (e) virtuelt billede M’ n ‘ af objektet MN i en divergerende linse; (i) og (j) indfaldsvinkler for stråler, (i’) og (j’) refleksionsvinkler, (C) sfærecentre, (F) og (F’) linsefokus

lysenergitæthedsfordelingen i billedet er vigtig for evalueringen af kvaliteten af et optisk billede, som har fået stor betydning på grund af udviklingen af fotografiske, tv-og andre metoder. En særlig egenskab— kontrasten k = (Emaks— Emin)/(Emaks—Emin), hvor Emin og Emaks er de mindste og største værdier for belysning af det optiske billede af et standard testobjekt-anvendes til dette formål. Et gitter, hvis lysstyrke varierer sinusformet med en frekvens R(antallet af perioder af gitteret pr. Funktionen k (R) kaldes frekvenskontrastkarakteristikken. I ideelle systemer k = 0 når R = 2a’ /\ eller mere, når A’ er systemets numeriske blænde i billedrummet, og H er lysets bølgelængde. Jo lavere k for en given R, jo værre bliver kvaliteten af det optiske billede i det pågældende system.