Kuvanmuodostusta

Kuvanmuodostus tarkoittaa prosessia, jossa esineen lähettämä tai heijastama valo muokataan optisten komponenttien avulla siten, että syntyy kuva. Tämä ilmiö on keskeinen geometrisessa optiikassa ja sitä sovelletaan esimerkiksi kameroissa, silmissä, mikroskoopeissa sekä teleskoopeissa.

Perusperiaatteet: Esine lähettää valoa monissa suunnissa. Optinen järjestelmä, kuten linssit ja peilit, muuttaa valon kulkua siten, että säteet joko konvergoituvat yhteen pisteeseen tai näyttävät lähtevän yhdestä pisteestä. Kuvan muodostuminen riippuu siitä, muodostuuko kuva todellisesti valon kuljettuaan järjestelmän toiselle puolelle tai virtuaalisesti samaan puoleen kuin esine.

Linssit ja peilit: Konvergoiva linssi taittaa valoa kohti ekvatoriaalista aluetta ja voi muodostaa sekä todellisia että virtuaalisia kuvia riippuen esineen etäisyydestä linssiin. Divergoiva linssi levittää säteet ulospäin ja yleensä muodostaa vain virtuaalisen kuvan. Peilit, kuten kovera (konvergoiva) ja kupera (divergoiva) peili, voivat samalla tavalla tuottaa sekä todellisia että virtuaalisia kuvia riippuen asetuksista.

Matemaattiset periaatteet: Lens equation 1/f = 1/do + 1/di kuvaa suhdetta polttopisteeseen f, esineen etäisyyttä do ja kuvan etäisyyttä di. Suuruudet: magnifikaatio m = - di / do, ja kuvan käänteinen tai oikea asento riippuu di:n merkistä ja järjestelmästä. Onnistunut kuvaa varten on huomioitava myös aberraatioita ja diffraktiivisia rajoituksia.

Sovellukset: Kuvanmuodostusta käytetään mm. valokuvauksessa, silmälääketieteessä, mikroskopiassa, teleskoopissa sekä monissa teknisissä mittaus- ja optiikkasovelluksissa. Järjestelmien tarkoituksena on tuottaa mahdollisimman tarkka, tarkasti sijoitettu ja sovellettuun käyttötarkoitukseen sopiva kuva.

Rajoitteet: Käytännössä kuvanlaatu heikkenee optisten virheiden, kuten aberraatioiden, ja diffraktion vuoksi. Lämpötilavaihtelut, liki väärä polttopisteen asento sekä materiaalien ominaisuudet vaikuttavat myös kuvanmuodostukseen.