Оптическое изображение - картина, получаемая в результате действия оптической системы на лучи, испускаемые объектом, и воспроизводящая контуры и детали объекта. Практическое использование изображений часто связано с изменением масштаба изображений предметов и их проектированием на поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. д.). Основой зрительного восприятия предмета является его изображение, спроектированное на сетчатку глаза.

Максимальное соответствие изображения объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой. Иными словами, после всех преломлений и отражений в оптической системе лучи, испущенные светящейся точкой, должны пересечься в одной точке. Однако это возможно не при любом расположении объекта относительно системы. В случае, например, систем, обладающих осью симметрии (оптической осью), можно получить точечные изображения лишь тех точек, которые находятся на небольшом угловом удалении от оси, в так называемой параксиальной области. Применение законов геометрической оптики позволяет определить положение изображения любой точки из параксиальной области; для этого достаточно знать, где расположены кардинальные точки системы.

Совокупность точек, изображения которых можно получить с помощью оптической системы, образует пространство объектов, а совокупность точечных изображений этих точек — пространство изображений.

Изображения разделяют на действительные и мнимые. Первые создаются сходящимися пучками лучей в точках их пересечения. Поместив в плоскости пересечения лучей экран или фотоплёнку, можно наблюдать на них действительное изображение. В других случаях лучи, выходящие из оптической системы, расходятся, но если их мысленно продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке. Эту точку называют мнимым изображением точки-объекта; она не соответствует пересечению реальных лучей, поэтому мнимое изображение невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое изображение способно играть роль объекта по отношению к другой оптической системе (например, глазу или собирающей линзе), которая преобразует его в действительное.

Оптический объект представляет собой совокупность светящихся собственным или отражённым светом точек. Зная, как оптическая система изображает каждую точку, легко построить и изображение объекта в целом.

Изображения действительных объектов в плоских зеркалах — всегда мнимые (рис. 1а); в вогнутых зеркалах и собирающих линзах они могут быть как действительными, так и мнимыми в зависимости от удаления объектов от зеркала или линзы (рис. б, в, г). Положение и размеры изображения зависят от характеристик оптической системы и расстояния между нею и объектом. Лишь в случае плоского зеркала изображение по величине всегда равно объекту.

Действительные изображения широко используются например в фотографии, киносъемке. Действительное изображение предмета дает лупа, микроскоп.

Принцип работы фотоаппарата заключается в преобразовании светового потока от реального сюжета съёмочным объективом в действительное изображение; калибровка потока по интенсивности (диафрагмой объектива) и времени воздействия (выдержкой); фиксация светового потока (в плёночном фотоаппарате запоминание изображения происходит на фотоматериале, в цифровом фотоаппарате изображение воспринимается электронной матрицей).

Оптическое увеличение - отношение линейных или угловых размеров изображения предмета, получаемого с помощью оптической системы, к соответствующим размерам предмета. Характеризуя наиболее употребительные осесимметричные (то есть обладающие оптической осью) системы, различают линейное, угловое и продольное увеличение. Линейное (поперечное) увеличение b — отношение длины l' изображения отрезка, перпендикулярного оптической оси системы, к длине этого отрезка l: b = l'/l При b > 0 (направления l и l ' совпадают) изображение называется прямым: при b < 0 (l и l ' антипараллельны) — обратным или перевёрнутым: при |b|<1 — уменьшенным; при |b| >1 — увеличенным. Этим видом увеличения характеризуют, например, фотографические аппараты. Угловое увеличение g — отношение тангенса угла наклона u' луча к оптической оси в пространстве изображений к тангенсу угла наклона u сопряжённого ему луча в пространстве предметов: (g= tg u' / tg u (это важнейшая характеристика многих оптических приборов, например луп и окуляров). Продольное увеличение a — отношение длины отрезка Dx', отложенного вдоль оптической оси системы в пространстве изображений, к сопряжённому ему отрезку Dх в пространстве предметов: a = Dx'/Dx.

Взаимная связь величин a, b и g определяется соотношением ag= b. Если n и n' — преломления показатели среды в пространстве предметов и в пространстве изображений, соответственно, то bg = n/n'. Для оптической системы, находящейся в воздухе, n = n' и (g= 1/b, то есть угловое увеличение обратно пропорционально линейному. Это означает, что чем больше линейное увеличение, тем уже световые пучки, с помощью которых строится изображение, и тем меньше его освещённость. a и b связаны выражением a = (n'/n) b² и при n=n' a=b².

Лупа — оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенная для увеличения и наблюдения мелких предметов, расположенных на конечном расстоянии. Используется во многих областях человеческой деятельности, в том числе в филателии.

Наблюдаемый предмет помещают от лупы на расстоянии, немного меньшем её фокусного расстояния. В этих условиях лупа даст прямое увеличенное и мнимое изображение предмета. Лучи от изображения попадают в глаз под углом, большим, чем лучи от самого предмета этим и объясняется увеличивающее действие лупы.

Основными параметрами лупы являются диаметр лупы и фокусное расстояние (применяются лупы с фокусным расстоянием ~10—20 см).