Основні поняття і визначення

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ЗАКОНИ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ОПТИКИ

Значна частина питань прикладної оптики цілком задовільно може бути дозволена за допомогою положень геометричної оптики, хоча в деяких випадках правильне розв’язання можливе лише з позицій квантової і хвильової теорії світла.

Геометричну оптику можна розглядати як граничний випадок фізичної оптики, коли l®0. Положення геометричної оптики мають чисто геометричний характер. Під світною точкою розуміють джерело випромінювання, що не має розмірів.

Рисунок 1- Гомоцентричні пучки променів.

Світловий промінь - це лінія, уздовж якої поширюється енергія випромінювання. Світловому променю у фізичній точці відповідає нормаль до поверхні світлової хвилі.

Оптичною довжиною променя називають суму добутків відстаней, послідовно прохідних променем у різних середовищах, на показники переломлення відповідних середовищ. Якщо поверхня хвилі — сфера, то всі нормалі до неї, а отже, і всі промені сходяться в одній точці, а саме в центрі сфери.

Сукупність таких променів називається гомоцентричним пучком, тобто пучком, що має загальний центр. Пучок, промені якого розходяться з загального центру, називається розбіжним гомоцентричним пучком (рис. 1, а), якщо ж промені йдуть у напрямку до центра пучка, то пучок називається що сходитися гомоцентрично (рис. 1, б). Якщо гомоцентричний пучок поширюється від світної точки, що знаходиться в нескінченності, то він буде рівнобіжним (рис. 1, в).

Центр гомоцентричного пучка, що входе в оптичну систему, називається предметною точкою, а центр гомоцентричного пучка, що вийшов з оптичної системи, називається зображенням предметної точки. Усякий предмет і його зображення в геометричній оптиці розглядаються як сукупність предметних точок і їхніх зображень.

Тому для того, щоб знайти зображення того чи іншого предмета, потрібно знайти зображення його окремих точок.

Якщо після проходження через оптичну систему пучки променів зберігають гомоцентричність, то кожній крапці предмета відповідає тільки одна точка зображення. Дві точки, одна з

Рисунок 2- Предметна точка а та її зображення.

яких є зображенням іншої, називають сполученими (рис. 2).

У геометричній оптиці зображення точки прийнято відзначати тою ж буквою, що і предмет, але зі штрихом. Це відноситься і до інших означень. Зображення, створені перетинанням самих променів, називають дійсними,а зображення, створені перетинанням їхніх геометричних продовжень,— уявними.

Дійсне зображення може бути спроектовано на екран, наприклад на фотопластинку. Уявне зображення спроектувати на екран не можна, але воно може бути розглянуто оком так само, як і дійсне зображення. Увесь простір, в якому поширюються пучки променів, можна розділити на дві частини. Простір, у якому знаходяться точки предметів, називають простором предметів. Простір, у якому розташовані зображення точок простору предметів, називають простором зображень.

Оптичною системою в геометричній оптиці називають сукупність оптичних деталей (призм, лінз, дзеркал і т.п.), призначену для формування пучків світлових променів.

Будь-яка оптична деталь обмежується поверхнею. Поверхні можуть бути плоскими, сферичними, асферичними та ін. Оптичну систему називають центрованою, якщо центри сферичних поверхонь або осі симетрії інших поверхонь лежать на одній прямій, що називають оптичною віссю.

Будь-яка площина, що містить оптичну вісь, називається меридіональною. У геометричній оптиці для оцінки відрізків і кутів використовують правила знаків (ДСТ 7427-76). За позитивний напрямок світла приймають напрямок поширення його з ліва на право. Для кожного відрізка вказується напрямок відліку.

Для визначення знаків кутів вибирають осі, від яких відраховують кути. Відрізки уздовж оптичної осі вважаються позитивними, якщо їхній напрямок збігається з позитивним напрямком світла, а негативними — при зворотному напрямку. Відрізки, перпендикулярні до оптичної осі, вважають позитивними, якщо вони розташовані над оптичною віссю, і негативними, якщо вони розташовані під віссю.

Радіуси кривизни, відрізки, що характеризують положення предметів і зображень, відраховують від вершин відповідних поверхонь. Кут вважається позитивним, якщо для опису частини площини між його сторонами вісь, від якої ведеться відлік, потрібно обертати навколо вершини кута за годинниновою стрілкою, і негативним ‑ у противному випадку.