Что требуется чтобы увидеть действительное изображение
Перейти к содержимому

Что требуется чтобы увидеть действительное изображение

  • автор:

Действительное изображение

На практике часто меняют масштаб изображения предметов и проецируют его на какую-либо поверхность.

Соответствие объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой, хотя бы приблизительно. При этом различают два случая: действительное изображение и мнимое изображение.

  • Действительное изображение создаётся, когда после всех отражений и преломлений лучи, вышедшие из одной точки предмета, собираются в одну точку.

Действительное изображение нельзя видеть непосредственно, но можно увидеть его проекцию, просто поставив рассеивающий экран. Действительное создаётся такими оптическими системами, как объектив (например, кинопроектора или фотоаппарата) или одна положительная линза.

  • Мнимое изображение — такое, которое можно видеть глазом. При этом каждой точке предмета соответствует выходящий из оптической системы пучок лучей, которые, если бы продолжить их обратно прямыми линиями, сошлись бы в одной точке; возникает видимость, что пучок выходит именно оттуда. Мнимое изображение создаётся такими оптическими системами, как бинокль, микроскоп, отрицательная или положительная линза (лупа), а также плоское зеркало.

Во всякой реальной оптической системе неизбежно присутствуют аберрации, в результате чего лучи (или их продолжения) не сходятся идеально в одной точке, и кроме того, максимально близко сходятся не совсем там, где нужно. Изображение получается несколько размытым и геометрически не полностью подобным предмету; возможны и другие дефекты.

Пучок лучей, который расходится из одной точки или сходится в ней, называется гомоцентрическим. Ему соответствует сферическая световая волна. Задача большинства оптических систем —- преобразовывать расходящиеся гомоцентрические пучки в гомоцентрические же, тем самым создавая мнимое или действительное изображение, чаще всего, в другом масштабе по отношению к предмету.

Стигматическое изображение (от др.-греч. στίγμα — укол, рубец) — оптическое изображение, каждая точка которого соответствует одной точке изображаемого оптической системой объекта.

Стигматическое изображение не обязательно геометрически подобно изображаемому объекту, но если оно подобно, такое изображение называется идеальным. Это возможно лишь при условии, что в оптической системе отсутствуют или устранены все аберрации, и что возможно пренебречь волновыми свойствами света. Оптическую систему, которая создаёт идеальное изображение, называют идеальной оптической системой. Идеальными можно приближённо считать центрированные системы, в которых изображение получается с помощью монохроматических и параксиальных пучков света.

Примечания

  1. Физическая энциклопедия, Т. II. М., «Советская энциклопедия», 1990. (Статья «Изображение оптическое».)

Литература

  • Физическая энциклопедия, Т. II. М., «Советская энциклопедия», 1990. (Статья «Изображение оптическое».)
  • Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. — М.: «Наука», Изд. фирма «Физ.-мат. лит.», 1996.
  • Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М., «Наука», 1985.
  • Волосов Д.С. Фотографическая оптика. М., «Искусство», 1971.

Разница между действительным и мнимым изображением

Наше зрение распознает предметы благодаря тому, что они испускают свет (часто он является отраженным). Но лучи от объекта могут встретить на своем пути препятствие в виде какой-либо оптической системы. В результате изображение получается действительным или мнимым. Что подразумевается под этими названиями, как в каждом случае происходит перемещение лучей, и чем отличается действительное изображение от мнимого? Об этом рассказывается ниже.

Общие сведения

Лучи от обычного предмета поступают в окружающее пространство в виде расходящегося пучка. Если взять некоторый точечный источник и пропустить свет от него через преломляющую или отражающую систему, то сформируется изображение, называемое оптическим. Оно будет представлять собой точку, в которой сойдутся лучи или их продолжения (воображаемые линии с обратным направлением) после прохождения через такую систему.

Сравнение

Чтобы разобраться, в чем состоит отличие действительного изображения от мнимого, рассмотрим два рисунка. Вот первый из них:

Здесь точечный источник обозначен буквой A. Он распространяет расходящиеся лучи. На определенном расстоянии расположена некоторая оптическая система (L). Лучи проходят через эту преломляющую среду, меняют свое направление и устремляются к точке A1. Именно она и является действительным, то есть образованным самими лучами, изображением источника A.

Теперь второй случай:

Снова имеем источник света A. Лучи от него движутся к системе L и тоже меняют направление. Только теперь они расходятся. А изображение при этом формируется в месте, где могли бы пересекаться лучи, перемещаясь в обратную сторону (их так называемое продолжение отмечено пунктиром). Точка A1 – мнимое, не созданное непосредственно лучами, изображение.

Какие оптические приборы или предметы позволяют наблюдать каждый из вариантов? В случае с действительным изображением это, скажем, собирающая линза. А с мнимым – лупа, обычное ровное зеркало.

В чем разница между действительным и мнимым изображением еще? В том, что первое из них нельзя увидеть просто «в воздухе». Здесь требуется проекция на поверхность, размещенную в плоскости пересечения прошедших через оптическую среду лучей, например на экран или фотоматрицу. Мнимое изображение зарегистрировать таким образом нельзя. Но его можно просто увидеть или сфотографировать.

Похожие статьи

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5)

СЕКЦИЯ ФИЗИКИ И АСТРОНОМИИ

Зеркало — это необходимый предмет быта, позволяющий человеку взглянуть на себя со стороны, природное явление, связанное с отражением света от гладкой поверхности физических тел, это также не очень сложный, но очень важный оптический прибор-инструмент.

Важностью этого предмета для человека обусловлено внимание к нему писателей, поэтов, художников, кинематографистов и даже телеобозревателей. Примерами тому могут служить произведения, в которых фигурирует зеркало, такие, как «Белоснежка. » Ш. Перро, «Сказка о спящей царевне. » А. Пушкина, басня «Зеркало и обезьяна» И. С. Крылова, одноименные кинофильм А. Тарковского и телепередача Н. Сванидзе.

1. ПОСТУЛАТ ГЕРОНА, ПРИНЦИП ФЕРМА И ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ

Основное свойство зеркала — отражение света — подчиняется законам геометрической оптики, в соответствии с одним из которых угол падения равен углу отражения (рис. 1). Сам же закон отражения следует из фундаментальных свойств света, выраженных в постулате Герона ( I в. н. э.) и принципе Ферма (1650 г.): свет распространяется по наикратчайшему оптическому пути (Герон), т.е. такому, на прохождение которого требуется наименьшее время (Ферма), — и может быть выведен как в корпускулярной, так и в волновой теории [1].

Рис.1. Принцип Ферма и закон отражения

Действительно, на рис. 1 DADC=DFDC, тогда согласно постулату Герона:

Здесь учтено, что кратчайший путь между двумя точками (F и B) будет по прямой FB через точку О.

Заметим, что аналогичным образом из принципа Ферма можно вывести закон преломления света.

2. ЗЕРКАЛО ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ

Используя закон отражения света можно решить важную для многих людей задачу об оптимальных размерах зеркала: какими должны быть минимальные размеры зеркала, а, значит, и его цена, чтобы при этом человек мог видеть себя в этом зеркале в полный рост .

Рис. 2. Неоптимальное и оптимальное зеркала

Оказывается, что высотой (шириной) зеркало должно быть примерно в половину роста (ширины) человека, как показано на рис.2. Понятно также, что удобнее вешать зеркало на стену вертикально (тогда не придется задирать голову вверх) и так, чтобы его нижний край был от пола на высоте половины роста человека, а верхний — может быть на несколько сантиметров ниже макушки, если прическа не слишком высока.

Заметим, что маленькие женские зеркальца из набора косметической сумочки обычно также имеют неоптимальные размеры, примерно 5. 7 см: в таком зеркальце можно увидеть, к сожалению, только часть лица. Аналогично рассмотренному случаю с большим зеркалом, оптимальные размеры этого зеркальца должны бы быть в половину размеров лица человека, т.е. примерно 12 см, вдвое больше чем обычно. Это зеркальце также легко помещалось бы в косметичку, оно могло бы быть и овальным.

3. СФЕРИЧЕСКИЕ ЗЕРКАЛА

Исходя из закона отражения можно также решать задачи о кривых зеркалах, не только тех, что вешают в комнате смеха, но о сферических зеркалах используемых на транспорте, в фонариках и прожекторах, зеркале гиперболоида инженера Гарина.

На рис. 3, 4 показаны примеры построения изображения предмета в виде стрелки в вогнутом и выпуклом сферических зеркалах. Методы построения изображений аналогичны, применяемым к тонким линзам [1]. Так, например, параллельный пучок лучей падающих, на вогнутое зеркало, собирается в одной точке — фокусе, который находится на фокусном расстоянии f от линзы, равном половине радиуса кривизны R зеркала.

Рис. 3. Построение изображения в вогнутом сферическом зеркале

В вогнутом зеркале действительное изображение — перевернутое, оно может быть увеличенным или уменьшенным в зависимости от расстояния между предметом и зеркалом, а мнимое — прямое и увеличенное, как в собирающей линзе. В выпуклом зеркале изображение всегда мнимое, прямое и уменьшенное, как в рассеивающей линзе. Рис. 4. Построение изображения в выпуклом сферическом зеркале

К сферическим зеркалам применима формула, аналогичная формуле тонкой линзы:

где a и b — расстояния от предмета и изображения до линзы [1]. Первая из этих формул верна для вогнутого зеркала, вторая — для выпуклого.

4. МАТЕРИАЛ ЗЕРКАЛА

Материалом отражающей поверхности зеркала обычно служат металлы: серебро, алюминий, хром, никель — из-за их высокого коэффициента отражения R=Iотр/Iпад приблизительно = 1 (здесь I — интенсивность света). Удивительно и парадоксально, но их высокая отражательная способность R0 (коэффициент отражения при нормальном падении) обусловлена сильным поглощением металлами энергии электромагнитной волны (см. табл. 1).

Табл. 1. Оптические константы и отражательная способность металлов [2]

металл k n R натрий 2,61 0,05 0,975 серебро 3,64 0,18 0,951 золото 2,82 0,37 0,849 медь 2,62 0,64 0,732 никель 3,32 1,79 0,620 железо 1,63 1,51 0,326

Из таблицы очевидно, что наилучшее отражающее покрытие из серебра (натрий не годится из-за высокой химической активности), но оно дороговато будет для бытовых зеркал, а в оптических приборах используется часто именно серебро. У железа отражательная способность довольно низкая 33%.

4. ФОРМУЛЫ ФРЕНЕЛЯ

Наряду с металлами способностью отражать свет обладают и диэлектрики, примером тому — отражение закатного солнца в «зеркале» реки или озера, но их коэффициент отражения сильно зависит от угла падения: при нормальном падении он мал, при почти скользящем — близок к единице.

Рис. 6. Отражение и преломление света на границе диэлектриков

Эта зависимость выражена в формулах Френеля [2], имеющих разный вид для двух возможных волн с различной поляризацией, когда вектор напряженности электрического поля E|| лежит в плоскости падения или перпендикулярен к ней

При угле падения, равном углу Брюстера aБр.=arctg(n2/n1), коэффициент отражения одной из поляризованных волн R||=0, при этом отражается только другая волна, и отраженный свет оказывается полностью линейно поляризованным перпендикулярно плоскости падения. При всех других углах падения отраженный свет частично поляризован. Заметим, что aБр.+ гамма =90о. Для поверхности воздух-стекло aБр.=56о.

При a=гамма=0 отражательная способность

У стекла, кварца n=1,5 — поэтому на границе с воздухом при a=гамма=0 r=0,2; R0=0,04=4%, как на рис. 7.

У металлов показатель преломления комплексный

где v — коэффициент преломления, k — поглощения, i=корень из (-1) [2]. Отражательная способность металлов

относительно велика в основном из-за больших значений коэффициента поглощения k (см. табл. 1). А у железа, как отмечалось, она довольно низкая R0=33%.

Вместе с тем в диэлектриках при n1>n2, a>aпред=arcsin(n2/n1) гамма=90о

имеет место явление полного (внутреннего) отражения: R=1. На нем основано действие таких аналогов плоского зеркала, какими являются призмы полного отражения ( рис. 8), которые используются, например, в биноклях, перископах и т.п. У стекла n=1,5 и aпред=42о

Рис. 8. Ход лучей в призме полного отражения

При нормальном (или близком к нему) падении лучей на поверхность призмы отражается 4 % света, т.е. даже при полном отражении внутри призмы часть света теряется при его переходе через границу стекло-воздух. Это можно устранить, используя интерференционный эффект просветления оптики.

5. МНОГОЛУЧЕВАЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ПРИ ОТРАЖЕНИИ СВЕТА ОТ ПЛОСКОГО СЛОЯ

Используя явление интерференции света при отражении от поверхности, покрытой тонким слоем диэлектрика (рис. 9), можно достичь

Рис. 9. Интерференция света при многократном отражении

равного нулю коэффициента отражения. Если же слоев несколько, то можно, напротив, добиться того, чтобы он был очень близок к единице, что используется, например, при изготовлении зеркал для газовых лазеров.

Действительно, в соответствии с рис. 9 разность хода лучей 1 и 2

Экстремальные значения R достигаются при выполнении следующих условий:

Нанеся несколько (10. 12 и даже более) таких слоев (рис. 11) можно создать диэлектрическое покрытие с коэффициентом отражения, очень близким к единице, даже большим, чем у металлических покрытий.

Рис. 11. Отражающее многослойное диэлектрическое покрытие

Первый слой должен быть примерно в 2 раза толще, чем последующие. Таким образом изготавливают зеркала для газовых лазеров, а также интерференционные светофильтры с очень узкой полосой пропускания. Но в отличии от зеркала у светофильтра первый, верхний, слой должен быть просветляющим.

6. ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ РЕШЕТКА

Если упорядоченно «исцарапать» зеркало, его можно превратить в отражательную дифракционную решетку (рис. 12), способную разлагать световой пучок в спектр [2]. При этом зеркало становится спектральным прибором, не хуже призмы.

Разность хода «соседних» отраженных лучей

и возможно использование «грубых» решеток [2].

Рис. 12. Дифракция света на отражательной решетке

Например, в качестве такой отражательной решетки может быть использована даже граммофонная пластинка: ее звуковая дорожка является периодической отражающей структурой, хотя и грубой. Это верно и для компакт-диска, у которого период или постоянная решетки гораздо меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, физические свойства и особенности такого, казалось бы, простейшего предмета, каким является зеркало, оказываются весьма разнообразны и интересны: оно может быть кривым, плоским или в виде призмы, с металлическим или диэлектрическим отражающим покрытием, одно- или многослойным, оно может давать не только изображения предметов, действительные или мнимые, но и спектр излучения, падающего на зеркало-решетку.

ЛИТЕРАТУРА
  1. Слободянин В. П. Оптика/ Задание N 5 по физике для 11 кл. -ЗФТШ при МФТИ, 1998
  2. Сивухин Д. В. Общий курс физики, т. IV, Оптика. — М.: Наука, 1980
  3. Ландсберг Г. С. Оптика/ Общий курс физики. — М.: Наука, 1976

© я рославский областной Центр Дистанционного Обучения школьников, 1999

Что требуется чтобы увидеть действительное изображение

+ Плюсы голографии +
Голографическое изображение — хороший способ хранения визуальной информации.
— Минусы —
Передать такую информацию очень сложно. Только на физическом носителе, стеклянной или пластиковой пластине.
Технология передачи цифровой голографии пока очень сырая.

Необычные свойства

Псевдоскопичность
Голографическое изображение делает выпуклые части предмета вогнутыми, и наоборот.
Высокая избыточность
Даже часть голограммы несёт информацию обо всё предмете, а не о какой-то его части.
Попробуйте разбить
Любой участок голограммы восстанавливает изображение точечного предмета. То есть, если голограмма разобьётся, то вы не потеряете изображение. Оно просто отразится на всех кусочках голограммы. Если вам трудно это представить, вспомните разбитое зеркало (нет, мы не про 7 лет несчастья), посмотрев в него, вы увидите в каждом осколке себя. Так и здесь.
Другими словами, фрагмент голограммы восстанавливает всё изображение, но оно, к сожалению, будет меньше оригинала, соответственно, а также будет иметь меньший контраст.

Трёхмерная голограмма

Трёхмерную голограмму можно рассматривать как множество двумерных голограмм, составленных в пачку.
Трёхмерная голограмма очень избирательна по отношению к длине волны падающего света. Поэтому для восстановления изображения можно использовать обычный фонарик, то есть белый свет. Голограмма сама выберет из спектра нужную длину волну, то есть ту длину, с помощью которой проводилась регистрация голограммы.

Территория цифровой голографии

На данный момент активно развивается цифровая голография, в которой разбирается Андрей Камелин, студент направления «Лазерная техника и технологии» университета ИТМО.

-Как работает цифровая голография?
Смысл записи, по сути, точно такой же, как и в классической схеме, но создаётся она при помощью компьютерной симуляции. Для этого берётся трёхмерная модель предмета, которая рассчитывается для получения картины интерференции. Конечно, как и в классических схемах для создания голограммы требуется опорный луч, но тут он задаётся искусственно. В итоге получается картина интерференции. Другими словами, происходит запись светового поля предмета, как если бы он находился на классической схеме записи. К сожалению, это гигантский объем работы, который требует большой вычислительной мощности и занимает несколько часов.
В результате, с помощью определённых лазерных принтеров на фотоплёнке печатают полученную картину интерференции. В мире их около десятка, поэтому цифровая голография не распространена, да и стоит она очень дорого. В Америке таких принтеров несколько штук, поэтому американские военные используют цифровые голограммы в качестве карт.

-Изменяются ли технология создания голограмм?
Нет, увеличивается только качество, но сама технология не меняется.

-Где используют цифровые голограммы?
Цифровые голограммы используют в макетировании для демонстрации трехмерных моделей, карт, схем и так далее. Грубо говоря, всё что требует создания трехмерной модели.
Кстати, в физике существуют исследования по определению концентрации частиц в жидкости, а также других параметров. Для этого создаётся голограмма Габора (Лейта-Упатниекса) жидкости с исследуемыми частицами внутри (например, песок), после этого с помощью специального алгоритма выделяются два соседних слоя жидкости на голограмме, которые сравниваются и обрабатываются с помощью корреляционного анализа. Результат распространяют на весь объём. Всё это занимает небольшое количество времени и отличается высокой точностью.

-Где в будущем будут использоваться голограммы?

Если в будущем изобретут более быстрый способ передачи информации, то будет осуществлена передача трехмерного объекта в реальном времени. Например, тот же Skype только голографический.
Но для этого нужны ещё ЖК-мониторы с гораздо большим разрешением, чем производят сейчас, да и требования к освещению под правильным углом никуда не денутся. И без обработки информации суперкомпьютером не обойтись. Так что это ещё очень далеко.
Голографической связи как в фантастике не выйдет, конечно, но видеть трёхмерные изображения друг друга мы теоретически сможем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *