il pattern che viene prodotto dall’azione di un sistema ottico sui raggi emessi da un oggetto e che riproduce i contorni e i dettagli dell’oggetto. L’uso pratico di un’immagine ottica comporta spesso un cambiamento nella scala delle immagini dell’oggetto e della proiezione su una superficie (come uno schermo, una pellicola fotografica o un fotocatodo). La base della percezione visiva di un oggetto è la sua immagine ottica, proiettata sulla retina dell’occhio.

La massima corrispondenza dell’immagine con l’oggetto si ottiene quando ogni punto dell’oggetto è rappresentato da un punto. In altre parole, dopo tutte le rifrazioni e le riflessioni nel sistema ottico, i raggi emessi dalla sorgente luminosa dovrebbero intersecarsi in un singolo punto. Tuttavia, questo non è possibile per ogni posizione di un oggetto rispetto al sistema. Ad esempio, nel caso di sistemi che hanno un asse di simmetria (un asse ottico), le immagini ottiche puntuali possono essere prodotte solo per quei punti che si trovano con una leggera angolazione rispetto all’asse, nella cosiddetta regione parassiale. La posizione dell’immagine ottica di qualsiasi punto della regione parassiale può essere trovata applicando le leggi dell’ottica geometrica; la conoscenza della posizione dei punti cardinali del sistema è sufficiente a questo scopo.

La totalità dei punti la cui immagine ottica può essere prodotta per mezzo di un sistema ottico forma uno spazio oggetto e la totalità delle immagini puntuali di questi punti forma lo spazio immagine.

Viene fatta una distinzione tra immagini ottiche reali e virtuali. Le immagini reali vengono create convergendo fasci di raggi nei loro punti di intersezione. L’immagine ottica reale può essere osservata posizionando uno schermo o una pellicola fotografica nel piano di intersezione dei raggi. In altri casi i raggi che emergono da un sistema ottico divergono, ma se sono mentalmente continuati nella direzione opposta si intersecano in un unico punto. Questo punto è chiamato l’immagine virtuale di un oggetto punto; non corrisponde all’intersezione di raggi reali, e quindi un’immagine ottica virtuale non può essere prodotta su uno schermo o registrata su pellicola. Tuttavia, un’immagine ottica virtuale può svolgere il ruolo di un oggetto rispetto a un altro sistema ottico (ad esempio, l’occhio o una lente convergente), che lo converte in un’immagine reale.

Un oggetto ottico è un insieme di punti illuminati dalla luce propria o riflessa. Se il modo in cui un sistema ottico rappresenta ogni punto è noto, è facile costruire un’immagine dell’intero oggetto.

Le immagini ottiche di oggetti reali in specchi piatti sono sempre virtuali (vedi Figura 1, a); negli specchi concavi e nelle lenti convergenti possono essere immagini reali o virtuali, a seconda della distanza degli oggetti dallo specchio o dalla lente (Figura 1, c e d). Specchi convessi e lenti divergenti producono solo immagini ottiche virtuali di oggetti reali (Figura 1, b ed e). La posizione e le dimensioni di un’immagine ottica dipendono dalle caratteristiche del sistema ottico e dalla distanza tra esso e l’oggetto. Solo nel caso di uno specchio piatto è un’immagine ottica sempre uguale per dimensioni all’oggetto.

Se un oggetto puntiforme non si trova nella regione parassiale, allora i raggi che ne emergono e attraversano il sistema ottico non vengono raccolti in un singolo punto ma intersecano il piano dell’immagine in punti diversi, formando un punto aberrazionale; la dimensione del punto dipende dalla posizione dell’oggetto puntiforme e dal design del sistema. Solo gli specchi piatti sono sistemi ottici non aberrazionali (ideali) che producono un’immagine puntiforme di un punto. Nella progettazione dei sistemi ottici le aberrazioni sono corrette – cioè, si fa uno sforzo per garantire che le aberrazioni di dispersione non deteriorino l’immagine in misura notevole; tuttavia, la completa eliminazione delle aberrazioni è impossibile.

Va notato che quanto sopra è strettamente valido solo nell’ambito dell’ottica geometrica, che, sebbene abbastanza soddisfacente in molti casi, è comunque solo un metodo approssimativo per descrivere i fenomeni che si verificano nei sistemi ottici. Solo nell’ottica geometrica, dove viene utilizzata l’astrazione dalla natura ondulatoria della luce e, in particolare, i fenomeni di diffrazione della luce non vengono presi in considerazione, l’immagine ottica di un punto luminoso può essere considerata un’immagine puntiforme. Un esame più dettagliato della microstruttura di un’immagine ottica, tenendo conto della natura ondulatoria della luce, mostra che un’immagine puntiforme, anche in un sistema ideale (non aberrazionale), è un modello di diffrazione complesso piuttosto che un punto.

Figura 1. Formazione di immagini ottiche: (a) immagine virtuale M’ del punto M in uno specchio piano, (b) immagine virtuale M’ di punto M a un convesso specchio sferico, (c) immagine virtuale M’ del punto M immagine reale e AB’ di cui al punto N in uno specchio sferico concavo, (d) l’immagine reale di UN B’ e immagine virtuale M’, N ‘di oggetti AB e MN in una lente convergente, (e) immagine virtuale M’, N’ dell’oggetto MN in una lente divergente; (i) e (j), gli angoli di incidenza dei raggi, (i) e (j’), gli angoli di riflessione, (C) centri di sfere, (F) e (F’) foci di lenti

L’energia di luce distribuzione della densità dell’immagine non è significativo per la valutazione della qualità di un ottica dell’immagine, che ha acquisito grande importanza per lo sviluppo della fotografia, della televisione e di altri metodi. Una caratteristica speciale-il contrasto k = (Emax-Emin) / (Emax— Emin) dove Emin ed Emax sono i valori minimi e massimi di illuminazione dell’immagine ottica di un oggetto di prova standard—viene utilizzato per questo scopo. Una griglia la cui luminosità varia sinusoidalmente con una frequenza R (il numero di periodi della griglia per millimetro) viene solitamente utilizzata come oggetto di prova standard: k dipende da R e dalla direzione delle linee della griglia. La funzione k (R) è chiamata caratteristica di contrasto di frequenza. Nei sistemi ideali k = 0 quando R = 2A ‘/ \ o più, quando A ‘ è l’apertura numerica del sistema nello spazio immagine e X è la lunghezza d’onda della luce. Più bassa è la k per una data R, peggiore sarà la qualità dell’immagine ottica nel particolare sistema.