Электронный учебник по курсу Основы оптики

7.1. Реальные (действительные) лучи

Ход реального луча отличается от хода нулевого (идеального) луча. Отклонение хода реального луча от идеального связано со строгим выполнением законов преломления и отражения (параграф 3.1) на реальных поверхностях оптических систем.

Отличия реальной оптической системы от идеальной:

В реальной оптической системе происходит ограничение пучков, то есть не все существующие лучи проходят через оптическую систему и достигают пространства изображений. Проходящие пучки лучей имеют конечные размеры.
Ход лучей, проходящих через оптическую систему, не совпадает с ходом идеальных лучей (реальные оптические системы обладают аберрациями).

Аберрации лучей (лат. – отклонение) – отклонение хода реального луча от идеального.

7.1.1. Расчет хода реальных лучей

Рассмотрим ход реальных лучей в меридиональной плоскости. Реальные лучи, в отличие от нулевых, преломляются не на главных плоскостях и , а на реальных оптических поверхностях и . Формулы расчета реального луча состоят из переноса и преломления:

где – расстояние вдоль луча между поверхностями (косая толщина),
– оптическая сила поверхности в точке преломления луча.

Для вычисления оптической силы поверхности для реального луча необходимо учитывать углы падения и преломления реального луча:

7.1.2. Причины «непрохождения» лучей через поверхность

В отличие от параксиальных лучей, которые в любом случае попадают на главную плоскость поверхности, реальные лучи могут либо вообще не встретить поверхность, либо встретить ее в такой точке, которая не соответствует условиям физической или конструктивной реализуемости оптической системы.

Луч не попадает на поверхность	Реальный луч идет слишком высоко и не встречается с поверхностью. Дальнейший расчет такого луча невозможен (не соответствует условиям физической и математической реализуемости).
Полное внутреннее отражение	При падении луча на поверхность, за которой находится среда с показателем преломления меньшим, чем предыдущий, возможно полное внутреннее отражение. Реальный луч полностью отражается и его дальнейший расчет через оптическую систему невозможен.
Луч проходит за острым краем	Если луч оказывается выше точки пересечения поверхностей, это называется прохождение за острым краем. Точка пересечения луча с одной из поверхностей становится мнимой. Математически расчет луча может быть продолжен, но такая система не может быть физически реализована.
Луч проходит за краем диафрагмы	Если по конструктивным соображениям габариты поверхностей специально ограничивают диафрагмами, то все лучи, которые не вписываются в заданные габариты, не рассчитываются через систему, хотя математически расчет вполне возможен.

В том случае, когда все поверхности в системе ограничены диафрагмами, при расчете лучей учитываются только условия попадания лучей в заданные габариты.

;