Растровые оптические системы: принцип работы, типы и применение

Растровые оптические системы представляют собой особый класс устройств, в конструкцию которых входит растр — оптический элемент, преобразующий структуру направленного светового пучка. В фотоаппаратах такой растр обычно располагается вблизи светочувствительного слоя. Проходя через него, световой поток разделяется на множество отдельных пучков, каждый из которых имеет свою интенсивность, соответствующую яркости определённого участка снимаемого объекта. Это позволяет зафиксировать и впоследствии воспроизвести изображение.

Что такое растр и как он устроен

Растр — это не единичная линза, а совокупность множества микроскопических оптических элементов, таких как решётки, линзы, призмы или отверстия. Все эти элементы расположены на одной общей поверхности, образуя цельное устройство. Ключевая особенность заключается в том, что каждый такой миниатюрный элемент формирует только одно элементарное изображение, а их совокупность создаёт полную картину.

Классификация и свойства растровых систем

Растровые системы классифицируют по нескольким параметрам: форме несущей поверхности и способу расположения элементов на ней. Поверхность может быть плоской, цилиндрической, сферической, конической или даже состоять из нескольких плоскостей. Сами оптические элементы также имеют различные параметры.

По типу расположения растры делятся на регулярные и нерегулярные. Регулярные, в свою очередь, подразделяются на несколько видов:

• Линейные: элементы расположены параллельными линиями.
• Радиальные: элементы расходятся лучами от единого центра.
• Кольцевые: элементы образуют концентрические зоны.
• Сотовые и рядовые: элементы расположены в шахматном порядке.

Период (расстояние) между элементами в регулярных растрах, как правило, постоянен.

Растровые системы обладают несколькими фундаментальными свойствами:

• Фокусирующее: способность собирать свет от точечного источника в одну точку.
• Множащее: создание множества копий одного и того же изображения.
• Анализирующее: разложение целого изображения на элементарные составляющие.
• Интегрирующее: обратный процесс — синтез целого изображения из элементарных частей.

Принцип работы и комбинирование систем

Разнообразие оптических систем достигается комбинацией различных типов растров и экранов, которые располагаются в фокальной плоскости растра. Свойства всей системы во многом зависят от типа этого экрана. Например, использование диффузно отражающего экрана позволяет свету проходить через систему как в прямом, так и в обратном направлении. Именно двукратное преобразование изображения — сначала анализ, а затем интеграция — обеспечивает его корректное и качественное воспроизведение.

Области применения

Благодаря своим уникальным свойствам, растровые оптические системы нашли широкое применение в различных областях:

• Фотография и кинематограф: для цветной фотографии, высокоскоростной киносъёмки и создания стереоскопических изображений (например, с помощью линзово-растровой плёнки, позволяющей видеть объём без специальных очков).
• Проекция и телевидение: для стереопроекции на растровые экраны и в системах стереоскопического телевидения.
• Обработка изображений: для беспараллаксного размножения и восстановления объёмных изображений.

Помимо фото- и киноприменений, эти системы используются в полиграфии для создания специальных эффектов и защиты от подделок, в текстильной промышленности для контроля узоров, а также в высокоточных измерительных приборах.