Поняття геометричної оптики

Згідно хвильової теорії, точечному випромінювачу відповідає сферична хвильова поверхня, яка розповсюджується від джерела світла у вигляді електромагнітних хвиль. Хвильовою поверхнею називають поверхню, до якої будь-який із променів пучка перпендикулярний. Так, по суті, переходять від хвильової оптики до геометричної.

Від світлової точки промені ідуть у всі боки, створюючи необмежений пучок. Гомоцентричним пучком (тобто що має загальний центр) називається пучок променів, який виходить із однієї точки або збігається в одній точці. Якщо геометричний пучок променів, що виходить із точки S, після проходження оптичної системи збігається також в одній точці S’, тобто залишається гомоцентричним, то точка S’ є зображенням точки S. Таке зображення називається стигматичним, тобто точечним (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Стигматичне зображення пучка променів

На основі закону зворотності світлових променів точку S’ можна розглядати як предмет і тоді її зображення буде в точці S. Точки S і S’ називаються сполученими точками, а відповідні пучки променів сполученими пучками.

Астигматичним називається пучок променів, який не збігається в одній точці. Хвильова поверхня для астигматичного пучка відрізняється від сферичної. При проходженні через оптичну систему гомоцентричні пучки в більшості обертаються в астигматичні, а їх хвильова поверхня деформується і перестає бути сферичною. В цьому випадку оптична система має аберації.

Гомоцентричний пучок, що дійсно збігається в точку, дає її дійсне зображення. Якщо після відбиття і заломлення гомоцентричний пучок не збігається в точку, а в ній перехрещуються геометричні продовження променів, то таке зображення називається уявним. Уявне зображення точки не може бути зафіксовано на екрані, фото чутливому шарі, а сприймається тільки візуально.

Якщо світло рухається до центру пучка, то пучок називається збіжним, а якщо промені розходяться від центру – розбіжним, а з центром, що знаходиться в нескінченності – пучком паралельних променів. Паралельний пучок променів дає зображення точки в нескінченному просторі.

Сукупність точок простору, де розташовані предмети від яких виходять промені, називається простором предметів. Кожній точці простору предметів відповідає сполучена їй точка в просторі зображень.

Оптичною віссю називається пряма, що збігається з напрямом променя, який проходить через оптичну систему без заломлення.

Промені, що розташовані поблизу оптичної осі, тобто створюють з оптичною віссю малі кути, називаються параксіальними (при осьовими) променями.

В геометричній оптиці при побудові ходу променів і зображень прийняті певні правила знань, передумовою до яких є розташуванням простору предметів зліва від оптичної деталі або системи. При цьому за позитивний напрямок розповсюдження світла прийнято напрям зліва направо. Порядок відліку заломлюючих поверхонь і оптичних деталей також зліва на право.