Optickými soustavami vytváříme obrazy předmětů kolem sebe. Optickou soustavou je například zrcadlo, lupa, oko, mikroskop, dalekohled, objektiv fotografického přístroje a mnoho dalších optických přístrojů. Principy těchto zařízení jsou vcelku jednoduché a při jejich popisu vystačíme s obecnými poznatky a zákony paprskové (geometrické) optiky, jimiž jsou: přímočaré šíření světla, zákon odrazu, zákon lomu a nezávislost chodu světelných paprsků. Při výkladu poznatků o vytváření obrazů optickými soustavami nebudeme tedy uvažovat vlnovou povahu světla, protože vlnovou délku světla lze vzhledem k rozměrům optických soustav zanedbat.

Z jednotlivých bodů svítícího nebo osvětleného předmětu vychází rozbíhavý svazek světelných paprsků. Jestliže tento svazek dopadá přímo do oka, oční čočka změní tento svazek na sbíhavý a na sítnici oka vytvoří obraz daného bodu předmětu. Bod P´ je obrazem bodu P.

Souhrn obrazů všech bodů předmětu potom vytváří obraz předmětu. Jestliže se světelné paprsky vysílané nebo odražené pozorovaným předmětem šíří k oku přímočaře a stálou rychlostí, hovoříme o přímém vidění.

Obr. 1: Přímé vidění

 

Pokud se paprsky mezi předmětem a okem odrážejí nebo lámou na nějakých optických rozhraních, mluvíme o optickém zobrazování.

Optická soustava je uspořádání optických prostředí a jejich rozhraní, které mění směr chodu paprsků. Hlavními prvky optických soustav jsou zrcadla a čočky, dále optické hranoly, clony apod. Ke změně směru paprsků v nich dochází odrazem nebo lomem. Vhodnými kombinacemi a konstrukcemi zrcadel a čoček získáváme optické soustavy, které vytvářejí obrazy požadovaných vlastností. Za soustavu pokládáme i jednu čočku nebo jedno zrcadlo.

Optické zobrazení je postup, kterým získáváme optické obrazy předmětů. Při optickém zobrazování světlo vycházející z předmětu prochází optickou soustavou, která mění směr paprsků a vytváří obraz.

Po průchodu paprsků optickou soustavou mohou nastat dva základní případy:

Světelné paprsky vytvoří vlivem optické soustavy sbíhavý svazek. V průsečíku paprsků A´ vzniká skutečný (reálný) obraz, který můžeme zachytit na stínítku, fotografickém filmu nebo čipu digitálního fotoaparátu.

Paprsky se v místě obrazu skutečně protínají a v tomto místě je maximální hustota světelné energie.

Obr. 2: Skutečný obraz

 

Světelné paprsky se po průchodu soustavou rozbíhají, v prostoru se neprotínají a skutečný obraz nevzniká. Obraz lze ale pozorovat okem, jelikož oční čočka mění rozbíhavý svazek na sbíhavý. Pozorovatel pak vidí obraz v bodě A´, tedy v místě, odkud paprsky po průchodu soustavou zdánlivě vycházejí. V tomto případě vzniká zdánlivý (neskutečný, virtuální) obraz, který nelze zachytit na stínítku. V daném bodě se tedy paprsky neprotínají a neprochází jím světelná energie.

Obr. 3: Zdánlivý obraz

 

U obrazu vytvořeného optickou soustavou sledujeme tedy, zda je skutečný, nebo zdánlivý.

Zajímají nás však i další vlastnosti obrazu. Jsou-li předmět i obraz orientovány stejně (oba nahoru, nebo oba dolů), nazýváme tento obraz přímý (vzpřímený). Jsou-li orientovány opačně (např. jeden nahoru a druhý dolů), jde o obraz převrácený.

Důležitá vlastnost obrazu je dána srovnáním jeho příčného rozměru (výška obrazu y´) s příčným rozměrem předmětu (výška předmětu y). Příčným rozměrem označujeme v těchto souvislostech rozměr ve směru kolmém na optickou osu soustavy. Z tohoto hlediska může být obraz zvětšený, stejně velký nebo zmenšený. Optický obraz charakterizujeme úplným uvedením jeho vlastností, které lze získat experimentálně, geometrickou konstrukcí nebo výpočtem pomocí dále uvedených vztahů a rovnic.

Obr. 4: Skutečný a převrácený obraz okna vytvořený lupou na listu papíru

 

Obr. 5: Zdánlivý a přímý obraz vytvořený zrcadlem