ЗАКОНЫ, ЛЕЖАЩИЕ В ОСНОВЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Наблюдение солнечных и лунных затмений, геодезические наблюдения, образование теней и полутеней показали прямолинейность распространения света. Закон прямолинейного распространения света является основным в геометрической оптике. Опыт показал, что закон прямолинейного распространения света несправедлив в случае прохождения лучей вблизи задерживающих экранов. Здесь мы встречаемся с явлением дифракции, получившим подробное рассмотрение в физической оптике. Геометрическая оптика не рассматривает явление дифракции. Но в теории оптических приборов всегда имеют в виду это явление, так как значительное диафрагмирование оптических систем может вызвать дифракцию, которая искажает изображение.
Геометрическая оптика исходит из закона независимости распространения лучей. Сущность его заключается в том, что отдельные лучи и пучки, встречаясь друг с другом, пересекаясь, не оказывают друг на друга влияния.
В действительности, при некоторых условиях имеет место явление интерференции, перераспределяющее освещенность в точках изображения. Интерференция является объектом изучения физической оптики. Однако в теории образования изображения интерференция имеет важное значение, так как объясняет распределение световой энергии в кружке рассеяния, которое в свою очередь позволяет судить о качестве изображения.
Следующими основными законами, на которых базируется геометрическая оптика, являются законы отражения и преломления света.
Если лучи, распространяясь в одной оптической среде, встречают другую среду, то на границе этих сред они полностью или
частично отражаются. При отражении лучи света подчиняются следующим законам:
- Луч падающий и луч отраженный вместе с перпендикуляром, восстановленным к поверхности в точке падения, лежат в одной плоскости.
- Угол отражения равен углу падения.
- Луч падающий и луч отраженный обратимы.
Если лучи, встречая другую оптическую среду, преломляются, то они подчиняются следующим законам:
- Луч падающий и луч преломленный вместе с перпендикуляром, восстановленным к поверхности в точке падения, лежат в одной плоскости.
- Отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления для двух данных оптических сред есть величина постоянная. Это отношение называется относительным показателем преломления двух сред.
- Луч падающий и луч преломленный обратимы.
Законы отражения и преломления имеют важное значение. Во- первых, они устанавливают, что лучи при прохождении через оптическую систему всегда лежат в плоскости, образованной падающим лучом и нормалью. Во-вторых, они устанавливают численные зависимости координат лучей при переходе от одной поверхности к другой, тем самым позволяют рассчитать ход луча через любую сложную оптическую систему. В-третьих, они указывают на возможность анализа оптических систем в обратном ходе лучей.