Image Optique
le motif qui est produit par l’action d’un système optique sur les rayons émis par un objet et qui reproduit les contours et les détails de l’objet. L’utilisation pratique d’une image optique implique souvent un changement d’échelle des images de l’objet et une projection sur une surface (comme un écran, un film photographique ou une photocathode). La base de la perception visuelle d’un objet est son image optique, telle que projetée sur la rétine de l’œil.
La correspondance maximale de l’image avec l’objet est atteinte lorsque chaque point de l’objet est représenté par un point. En d’autres termes, après toutes les réfractions et réflexions dans le système optique, les rayons émis par la source lumineuse doivent se croiser en un seul point. Cependant, cela n’est pas possible pour chaque emplacement d’un objet par rapport au système. Par exemple, dans le cas de systèmes présentant un axe de symétrie (un axe optique), des images optiques ponctuelles ne peuvent être produites que pour les points légèrement inclinés par rapport à l’axe, dans la région dite paraxiale. L’emplacement de l’image optique d’un point quelconque de la région paraxiale peut être trouvé en appliquant les lois de l’optique géométrique; la connaissance de l’emplacement des points cardinaux du système est suffisante à cet effet.
La totalité des points dont l’image optique peut être produite au moyen d’un système optique forme un espace objet, et la totalité des images ponctuelles de ces points forme l’espace image.
Une distinction est faite entre les images optiques réelles et virtuelles. Les images réelles sont créées par des faisceaux de rayons convergents à leurs points d’intersection. L’image optique réelle peut être observée en plaçant un écran ou un film photographique dans le plan d’intersection des rayons. Dans d’autres cas, les rayons émergeant d’un système optique divergent, mais s’ils sont poursuivis mentalement dans la direction opposée, ils se couperont en un seul point. Ce point est appelé image virtuelle d’un objet ponctuel; il ne correspond pas à l’intersection de rayons réels, et une image optique virtuelle ne peut donc pas être produite sur un écran ou enregistrée sur film. Cependant, une image optique virtuelle peut jouer le rôle d’un objet par rapport à un autre système optique (par example, l’œil ou une lentille convergente), ce qui la convertit en une image réelle.
Un objet optique est un ensemble de points éclairés par sa propre lumière ou réfléchie. Si la façon dont un système optique représente chaque point est connue, il est facile de construire une image de l’objet entier.
Les images optiques d’objets réels dans des miroirs plats sont toujours virtuelles (voir Figure 1, a); dans les miroirs concaves et les lentilles convergentes, il peut s’agir d’images réelles ou virtuelles, en fonction de la distance des objets par rapport au miroir ou à la lentille (Figure 1, c et d). Les miroirs convexes et les lentilles divergentes ne produisent que des images optiques virtuelles d’objets réels (Figure 1, b et e). L’emplacement et les dimensions d’une image optique dépendent des caractéristiques du système optique et de la distance entre celui-ci et l’objet. Ce n’est que dans le cas d’un miroir plat qu’une image optique est toujours de taille égale à l’objet.
Si un objet ponctuel ne se trouve pas dans la région paraxiale, alors les rayons qui en émergent et traversent le système optique ne sont pas collectés en un seul point mais coupent plutôt le plan image en différents points, formant un point aberrant; la taille du point dépend de l’emplacement de l’objet ponctuel et de la conception du système. Seuls les miroirs plats sont des systèmes optiques non aléatoires (idéaux) qui produisent une image ponctuelle d’un point. Dans la conception des systèmes optiques, les aberrations sont corrigées, c’est—à-dire qu’un effort est fait pour s’assurer que les aberrations de diffusion ne détériorent pas l’image à un degré notable; cependant, l’élimination complète des aberrations est impossible.
Il est à noter que ce qui précède n’est strictement valable que dans le cadre de l’optique géométrique qui, bien que tout à fait satisfaisante dans de nombreux cas, n’est néanmoins qu’une méthode approximative de description des phénomènes qui se produisent dans les systèmes optiques. Ce n’est qu’en optique géométrique, où l’abstraction de la nature ondulatoire de la lumière est utilisée et, en particulier, les phénomènes de diffraction de la lumière ne sont pas pris en compte, que l’image optique d’un point lumineux peut être considérée comme une image ponctuelle. Un examen plus détaillé de la microstructure d’une image optique, en tenant compte de la nature ondulatoire de la lumière, montre qu’une image ponctuelle, même dans un système idéal (non aléatoire), est un motif de diffraction complexe plutôt qu’un point.
La répartition de la densité d’énergie lumineuse dans l’image est significative pour l’évaluation de la qualité d’une image optique, qui a acquis une grande importance en raison du développement des méthodes photographiques, télévisuelles et autres. Une caractéristique spéciale — le contraste k = (Emax-Emin) / (Emax—Emin) où l’Emin et l’Emax sont les valeurs d’éclairage les plus faibles et les plus élevées de l’image optique d’un objet test standard — est utilisée à cette fin. Une grille dont la luminosité varie sinusoïdalement avec une fréquence R (le nombre de périodes de la grille par millimètre) est généralement utilisée comme tel objet de test standard: k dépend de R et de la direction des lignes de la grille. La fonction k(R) est appelée caractéristique de contraste de fréquence. Dans les systèmes idéaux k = 0 lorsque R = 2A ‘ / \ ou plus, lorsque A’ est l’ouverture numérique du système dans l’espace image et X est la longueur d’onde de la lumière. Plus le k est bas pour un R donné, plus la qualité de l’image optique dans le système particulier sera mauvaise.