Uplatňuje-li se při optickém zobrazení jen odraz světla, mluvíme o zobrazení odrazem. V praxi se s ním setkáváme při pohledu na předměty s lesklým povrchem. Nejjednodušší je zobrazení odrazem na lesklé rovinné ploše, která se nazývá rovinné zrcadlo. Zdrojem světla je bod A v prostoru před zrcadlem, z něhož vycházejí všemi směry navzájem rozbíhavé paprsky. Paprsky dopadající na rovinu zrcadla se odrážejí podle zákona odrazu. Odražené paprsky tvoří rozbíhavý svazek, což znamená, že při zobrazení rovinným zrcadlem vzniká neskutečný obraz. Při pohledu okem vidíme tento obraz v průsečíku zpětně prodloužených paprsků, tedy v prostoru za zrcadlem. Skutečný obraz, který můžeme pozorovat např. 1. 2. 3. 4.
Rovinná zrcadla mají široké použití a při jejich výrobě se využívají vlastnosti kovových ploch, které odrážejí více jak 90 % dopadajícího světla. U běžných zrcadel je kov (cínový amalgam) který tvoří odraznou vrstvu, nanesen na zadní stěně skleněné desky. Při zobrazení tímto zrcadlem se ale velká část světla odráží již od přední stěny skla, takže vzniká zdvojený obraz. Pro běžné účely je tento jev zanedbatelný. Proto se pro profesionální účely používají zrcadla s lesklou kovovou plochou nanesenou na vnějším povrchu skla, u kterých zdvojený obraz nevzniká. Kovová vrstva je tak citlivá, že i pouhým dotykem rukou by se mohla poškodit a znehodnotit.
#1 07. 05. Dobrý večer, potřebovala bych poradit s jednou otázkou na téma: Zobrazení v zrcadle, viz. zadání: Otázka a) je mi jasná, ale nevím b) a c), řekla bych, že obraz Petra se vytvoří přímo (dole na zrcadle).
#2 07. 05. - Editoval Jj (07. 05. Škola: VŠB, absolv. r. ↑ xstudentíkx:b) Sestrojit bod Petr' souměrný k bodu Petr podle osy souměrnosti tvořené na obrázku zrcadlem. Zdánlivý obraz Petra je za zrcadlem v bodě Petr'.c) Sestrojit průsečík P úsečky Honza - Petr' se zcadlem.
Šířeji řešíme obecný pojem zobrazení v optice. Zobrazení v geometrii je předpis, který určuje jednotlivým bodům jejich obrazy. Při optickém zobrazení se mění chod paprsků tak, že vzniká obraz předmětu v jiném místě prostoru. Pojďme se podívat, jak může takové zobrazení vypadat v praxi.
Použijeme k tomu dva bodové zdroje A a B a projekční plochu (stínítko). Tou může být bílý papír, fotografický film, snímač digitálního foťáku nebo sítnice v našem oku. Na obrázku část a) vidíme, co se stane, když zdroje umístíme před projekční plochu a necháme paprsky šířit volně prostorem. Na části b) vidíme nejjednodušší způsob, jak vytvořit optické zobrazení, dírkovou komoru neboli camera obscura.
Před projekční plochu umístíme miniaturní otvor, který odstíní téměř všechny paprsky. Ty, které projdou, vytvoří obrazy bodů na ploše. Tento jednoduchý princip zobrazování byl historickým předchůdcem fotoaparátu. Problém dírkové komory je ten, že otvor musí být velmi malý, aby nedošlo k podstatnému rozmazání obrazu. Díky tomu proniká dovnitř jen minimální množství světla. Pořádné zobrazovací zařízení proto musí měnit směr chodu paprsků, jak vidíme na obrázku. Požadavek nahrazení dírky skleněnou čočkou ve správné vzdálenosti od projekční plochy umožní soustředit světlo do ostrého obrazu.
Říkáme, že v bodě A′ vzniká skutečný obraz bodu A. S obrazem vytvořeným malou dírkou se lze setkat v přírodě i v běžném životě a lidé v různých koutech světa ho pozorovali již od pradávna. Aristoteles se zabýval problémem, proč sluneční světlo prochází malým čtyřúhelníkovým otvorem a vytváří kruhový obraz Slunce. Uspokojivou odpověď ale neznal, protože principy geometrické optiky tehdy nebyly známy. Alhazen popsal převrácený obraz vytvořený malou dírkou. První podrobnější popis dírkové komory nacházíme v rukopise Leonarda da Vinciho z konce 15. století.
V průběhu 16. století byla camera obscura malou místností, kde se obraz promítal na stěnu otvorem v protilehlé stěně. Byla využívána k pozorování zatmění slunce a ke zkoumání zákonů zobrazování. Později se z ní stal přenosný přístroj a nakonec byla dírka nahrazena spojnou čočkou. Tyto zobrazovací přístroje se používaly jako malířská pomůcka a začátkem 19. století.
Pro zobrazování pomocí čoček a zrcadel si připomínáme základní pojmy. Spojná čočka láme světlo tak, že mění rovnoběžný svazek paprsků na svazek sbíhavý; ohnisko spoje je bod, kde se původně rovnoběžné paprsky protínají. Rozptylka mění rovnoběžný svazek paprsků na svazek rozbíhavý; ohnisko je bod, ze kterého zdánlivě vychází rozbíhavý svazek. Parametrem určujícím „sílu“ čočky je ohnisková délka f. Spojky mají kladnou ohniskovou délku, rozptylky zápornou. Optickou mohutnost vyjadřujeme dioptriemi, jednotkou je D, ale často stačí ohnisková vzdálenost.
Podle dohody se síla čočky v praxi vyjadřuje dvěma způsoby. Pokud umístíme čočky těsně k sobě, celková optická mohutnost se rovná součtu optických mohutností jednotlivých čoček. Mezivýměna ohniskové délky a princip spojky či rozptylky ovlivňuje vznik obrazu. Pro konstrukci optických zobrazení je užitečné využít zobrazovací rovnici čočky, která popisuje vztah mezi ohniskovou délkou f, vzdáleností předmětu a vzdáleností obrazu.
Podívejme se na praktické použití: Zobrazování spojkou pro objektiv se ohniskovou délkou 2 cm a předmět ve vzdálenosti 80 cm od čočky dává konkrétní výsledek, kdy a′ vyjde na 2,05 cm a Z = -0,025. To ukazuje, že obraz je skutečný, převrácený a zmenšený. Stejný postup lze aplikovat i na další kombinace, například spojka o ohniskové délce 40 mm s předmětem 36 mm od čočky, kde obraz bývá neskutečný, přímý a zvětšený.
Kromě čoček se používají i zrcadla. Kromě rovinného zrcadla se nabízí také zrcadla zakřivená. Spojka se chová podobně jako duté zrcadlo, rozptylka pak jako vypuklé zrcadlo. Nejjednodušší možností zrcadla je kulová plocha s poloměrem r a s ohniskem f = r/2. Zrcadla, která netrpí kulovou vadou, jsou parabolické a mají tvar rotačního paraboloidu; u nich nedochází k kulové vadě. Parabolická zrcadla parkují paprsky do jednoho bodu, zatímco u kulových zrcadel dochází k rozptylu paprsků a vzniku kulových vad.
Gaussova zobrazovací rovnice platí pro duté i vypuklé zrcadlo a vyžaduje dodržování znaménkové konvence: a, a′, f mají kladné hodnoty před zrcadlem a záporné za ním. Podobně jako u čoček máme u zrcadel i vztah pro výšky předmětu a obrazu: obraz může být skutečný či neskutečný, vzpřímený či převrácený, a velikost může být zvětšená či zmenšená v závislosti na typu zrcadla a vzdáleností předmětu. Mezi praktické aplikace patří například periskopy, které využívají dvě rovnoběžná zrcadla umístěná pod 45° v trubici, aby umožnily vidět za roh.
Významnou součástí moderní optiky jsou také polopropustná zrcadla, která odrážejí část světla a zároveň ji propouštějí. V praxi se tato obrazovka využívá k dělení svazku, kdy jedna část prochází a druhá se odráží. Tím vzniká tzv. zrcadlový efekt - na jasné straně vidíme svůj odraz, na tmavé straně se zrcadlo jeví jako průhledné. Polopropustné zrcadlo se používá v některých obchodech a v nemocnicích pro nenápadné sledování.
V závěru přidejme poznámky o praktických úlohách a historickém kontextu. Duté kulové zrcadlo a vypuklé kulové zrcadlo se používají k různým typům zobrazení a jejich zobrazovací rovnice platí pro oba typy, s odlišnými znaménky. Parabolické zrcadlo jako dokonalý příklad netrpí kulovou vadou a je užitečné v astronomických dalekohledech. Miraskop ukazuje, že složením dvou parabolických zrcadel lze dosáhnout specifického chodu světla, kde horní zrcadlo má otvor pro pozorování.
Praktické poznámky a aplikace
Rovinné zrcadlo je nejjednodušší optický zobrazovací prvek a slouží mimo jiné ve fotoaparátech a periskopech. Pro zrcadla a čočky platí řada konsistentních pravidel, která umožňují konstrukci obrazu a odhad vlastností obrazu bez nutnosti dlouhého kreslení.
