یکی از سودمندترین روشها در طراحی اپتیکی ، مطالعه سریع اجزای سیستم آنها و مسیر نور در آنها است.


img/daneshnameh_up/6/6b/lr.gif

توصیف كلی

یكی از سودمندترین روشها در طراحی اپتیكی ، مطالعه سریع اجزای سیستم آنها و مسیر نور در آنها است. این كار همانند طراحی سریعی است كه یك نقاش قبل از تصمیم گیری نهایی روی تركیب رنگها انجام می‌دهد. ابتدائی‌ترین شكل آن ، طرح مقدماتی با یك عدسی شیئی غالبا نامشخص شروع می‌شود. سپس یك سری از عدسیها ، آینه‌ها ، منشورها ، مدوله كننده‌ها ، آشكارسازهای نوری و اجزای دیگر اپتیكی بصورت متوالی و پشت سر هم قرارداده می‌شوند. و همراه آن چند پرتو مهم عبوری از این اجزا ، در طول مسیرهایی كه از طریق محاسبات مسیر پرتو تخمین زده شده‌اند، ترسیم می‌شوند.

در اغلب طراحیهای اپتیكی ، اجزای تصویر ساز اعم از عدسیها ، آینه‌ها و سایر قطعات اپتیكی بطور متقارن نسبت به خطی به نام محور نوری قرار می‌گیرند. این خط برای برقراری یك خط مرجع برای سیستم در اول رسم می‌شود، سپس یك سطح اپتیكی ، مانند یك آینه مقعر ، چنان رسم می‌شود كه مركز انحنای آن بر روی محور نوری قرار گیرد (نقطه‌ای كه محور نوری سطح را قطع می‌كند، رأس سطح نامیده می‌شود).



img/daneshnameh_up/b/bc/u13l3d2.gif

با رسم پرتوها در یك سیستم می‌توان مزایا و معایب سیستم را تعیین كرد، قراردادهایی برای ردیابی پرتو (ترسیم پرتو) وجود دارند. با وجود اینكه این قراردادها از مقبولیت جهانی برخوردار نیستند، ولی به اندازه كافی مورد استفاده قرار می‌گیرند كه بهره‌گیری از آنها در ترسیم و محاسبات موجب تسهیل در كار و قابل توصیه باشد.


img/daneshnameh_up/e/e7/Dove-prism.png

قواعد رسم پرتو

جسم فرضی و شكل گیری تصویر

یك شیئی در سمت چپ سیستم اپتیكی قرار داده می‌شود.

نور سیستم از سمت چپ به سمت راست ردیابی می‌شود تا اینكه یك جزء بازتابنده (مثلا آینه) جهت كلی را تغییر دهد.

اگر چه می‌توان یك شی قابل تشخیص تصویر شدنی در سیستم رسم كرده ، ولی ساده‌ترین شیئ ، یك پیكان قائم است ( پیكان تصویر شده توسط سیستم اپتیكی ، با معكوس بودن ، تصاویر بعدی را نسبت به شیئ اصلی و بقیه تصاویر ، نشان می‌دهد).

اگر فرض كنیم كه نور ازشیئی در همه جهات گسیل شود، می‌توان یك دسته پرتو مخروطی از هر نقطه پیكان رسم كرد.

هرگاه همه پرتوهای رسیده از یك نقطه از جسم كه توسط سیستم اپتیكی جهت یافته‌اند. دوباره در یك نقطه جمع شوند، آنگاه تصویر تشكیل یافته است. در غیر اینصورت اگر ، دو پرتو از یك نقطه جسم بعد از عبور از سیستم به یك نقطه همگرا نشوند، در آنصورت سیستم دارای ابیراهی نوری است كه باید با طرح دیگری ، بطوری كه بعدا خواهیم دید، آنرا به حداقل رساند.

img/daneshnameh_up/4/42/u13l3b1.gif img/daneshnameh_up/d/de/u13l3a3.gif


رسم تصویر در آینه مقعر

یك آینه مقعر ساده‌ترین وسیله تصویر ساز است. اگر شیئی در فاصله بسیار دوری از آن در اصطلاح معمول در بینهایت قرار گیرد، پرتوهای رسیده از جسم به آینه موازی محور اپتیكی بوده و یك تصویر درنقطه كانونی آینه تولید می‌كنند كه فاصله آن از آینه f است (فاصله f را فاصله كانونی آینه می‌نامند)، مكان این نقطه كانونی در فاصله نصف شعاع انحنای آینه است، رسم تصویر برای عدسی محدب نیز چنین است.

رسم تصویر در آینه محدب

آینه محدب نیز دارای نقطه كانونی است، با اینحال در این مورد پرتوهای موازی به یك نقطه همگرا نمی‌شوند، بلكه در عوض به نظر می‌رسد كه از نقطه‌ای به فاصله f از آینه ، واگرا می‌شود. یعنی اگر جسم در بینهایت باشد پرتوهای تابشی از آن موازی محور اصلی آمده و در آینه محدب واگرا شده و امتداد آنها از فاصله كانونی آینه می‌گذرند، رسم تصویر برای عدسی مقعر نیز چنین است.

رسم تصویر در دستگاه‌های نوری

در حالت كلی می‌توان پرتوهای زیادی از سیستم عبور داد، چند پرتو ویژه كه به آسانی رسم می‌شوند، كه می‌توانند همان اطلاعات را بدهند كه از ترسیم پرتوهای زیاد حاصل می‌شود. برای سیستمهای نوری از جمله آینه‌ها و عدسیها ساختار كلی رسم پرتو را داریم، بنابراین در دستگاههای نوری پرتو را بایستی در كل دستگاه ردیابی نماییم تا خروجی مورد نیاز را بدست آوریم.