Het patroon dat wordt geproduceerd door de werking van een optisch systeem op de stralen die door een object worden uitgezonden en dat de contouren en details van het object reproduceert. Het praktische gebruik van een optisch beeld brengt vaak een verandering in de schaal van de beelden van het object en projectie op een oppervlak (zoals een scherm, fotografische film, of fotokathode). De basis van de visuele waarneming van een object is het optische beeld, zoals geprojecteerd op het netvlies van het oog.

maximale overeenstemming van de afbeelding met het object wordt bereikt wanneer elk punt van het object wordt weergegeven door een punt. Met andere woorden, na alle brekingen en reflecties in het optische systeem, moeten de stralen die door de lichtbron worden uitgezonden op één punt kruisen. Dit is echter niet mogelijk voor elke locatie van een object ten opzichte van het systeem. Bijvoorbeeld, in het geval van systemen die een as van symmetrie hebben (een optische as), kunnen punt optische beelden alleen worden geproduceerd voor die punten die onder een lichte hoek ten opzichte van de as liggen, in het zogenaamde paraxiale gebied. De locatie van het optische beeld van elk punt van het paraxiale gebied kan worden gevonden door de wetten van de geometrische optiek toe te passen; kennis van de locatie van de kardinale punten van het systeem is voldoende voor dit doel.

de totaliteit van punten waarvan het optische beeld kan worden geproduceerd door middel van een optisch systeem vormt een objectruimte, en de totaliteit van de puntafbeeldingen van deze punten vormt de beeldruimte.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen reële en virtuele optische beelden. Echte beelden worden gemaakt door convergerende stralen op hun snijpunten. Het echte optische beeld kan worden waargenomen door het plaatsen van een scherm of fotografische film in het snijvlak van de stralen. In andere gevallen verschillen de stralen die uit een optisch systeem komen, maar als ze mentaal in de tegenovergestelde richting worden voortgezet, zullen ze elkaar op één punt kruisen. Dit punt wordt het virtuele beeld van een puntobject genoemd; het komt niet overeen met het snijpunt van reële stralen, en daarom kan een virtueel optisch beeld niet op een scherm worden geproduceerd of op film worden opgenomen. Een virtueel optisch beeld kan echter de rol van een object spelen ten opzichte van een ander optisch systeem (bijvoorbeeld het oog of een convergerende lens), die het omzet in een echt beeld.

een optisch object is een verzameling punten die door zijn eigen of gereflecteerde licht worden verlicht. Als de manier waarop een optisch systeem elk punt vertegenwoordigt bekend is, is het gemakkelijk om een beeld van het hele object te construeren.

De optische beelden van echte objecten in platte spiegels zijn altijd virtueel (zie Figuur 1, a); in concave spiegels en convergerende lenzen kunnen ze reële of virtuele beelden zijn, afhankelijk van de afstand van de objecten tot de spiegel of lens (figuur 1, c en d). Convexe spiegels en divergerende lenzen produceren alleen virtuele optische beelden van echte objecten (figuur 1, b en e). De locatie en afmetingen van een optisch beeld hangen af van de kenmerken van het optische systeem en van de afstand tussen het en het object. Alleen in het geval van een platte spiegel is een optisch beeld altijd even groot als het object.

als een puntobject niet in het paraxiale gebied ligt, worden de stralen die eruit komen en door het optische systeem gaan niet op één punt verzameld, maar snijden ze het beeldvlak op verschillende punten, waardoor een aberratieve vlek ontstaat; de grootte van de vlek hangt af van de locatie van het puntobject en van het ontwerp van het systeem. Alleen vlakke spiegels zijn niet-aberrationele (ideale) optische systemen die een puntbeeld van een punt produceren. Bij het ontwerp van optische systemen worden aberraties gecorrigeerd—dat wil zeggen, Er wordt getracht ervoor te zorgen dat verstrooiing aberraties het beeld niet merkbaar verslechteren; volledige eliminatie van aberraties is echter onmogelijk.

Opgemerkt dient te worden dat het bovenstaande strikt alleen geldt in het kader van de geometrische optica, die, hoewel in veel gevallen zeer bevredigend is, niettemin slechts een benaderende methode is voor het beschrijven van de verschijnselen die zich in optische systemen voordoen. Alleen in geometrische optica, waar abstractie van de golfaard van licht wordt gebruikt en met name de verschijnselen van lichtdiffractie niet in aanmerking worden genomen, mag het optische beeld van een lichtpunt als een puntbeeld worden beschouwd. Meer gedetailleerd onderzoek van de microstructuur van een optisch beeld, rekening houdend met de golfaard van licht, toont aan dat een puntbeeld, zelfs in een ideaal (niet-aberrationeel) systeem, een complex diffractiepatroon is in plaats van een punt.

figuur 1. Vorming van optische beelden: (a) virtueel beeld M ‘van punt M in een vlakke spiegel, (b) virtueel beeld m’ van punt M in een convexe bolvormige spiegel, (c) virtueel beeld m ‘van punt M en reëel beeld AB’ van punt N in een concave bolvormige spiegel, (d) reëel beeld a’ b ‘en virtueel beeld M’ n ‘van objecten AB en MN in een convergerende lens, (e) virtueel beeld M’ n ‘ van het object MN in een divergerende lens; (i) en (j) invalshoeken van stralen, (i’) en (j’) reflectiehoeken, (C) centra van bollen, (F) en (F’) punten van lenzen

de verdeling van de lichtenergie-dichtheid in het beeld is van belang voor de evaluatie van de kwaliteit van een optisch beeld, dat van groot belang is geworden door de ontwikkeling van fotografische, televisie-en andere methoden. Een speciaal kenmerk—het contrast k = (Emax-Emin) / (Emax— Emin) waarbij de Emin en Emax de kleinste en grootste verlichtingswaarden van het optische beeld van een standaardtestobject zijn—wordt hiervoor gebruikt. Een raster waarvan de helderheid sinusoïdaal varieert met een frequentie R (het aantal perioden van het raster per millimeter) wordt meestal gebruikt als een standaard testobject: k hangt af van R en de richting van de rasterlijnen. De functie k (R) wordt de frequentie-contrastkarakteristiek genoemd. In ideale systemen k = 0 wanneer R = 2A ‘/ \ of meer, wanneer A ‘ de numerieke diafragma van het systeem in de beeldruimte is en X de golflengte van het licht is. Hoe lager de k voor een gegeven R, hoe slechter de kwaliteit van het optische beeld in het betreffende systeem zal zijn.