Лінза – прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями. Лінза називається тонкою, якщо її товщина мала порівняно з радіусом кривизни поверхонь.

Типи лінз: опукла, увігнута.

Види лінз: збиральна – паралельний пучок променів після проходження лінзи сходиться; розсіювальна – паралельний пучок променів після проходження лінзи розходиться.

Головна оптична вісь – пряма, що проходить через центри сферичних поверхонь, які обмежують лінзу.

Побічна оптична вісь – будь-яка пряма, що проходить через оптичний центр лінзи.

Головний фокус лінзи – точка, у якій після заломлення в збиральній лінзі перетинаються промені, що падають на лінзу паралельно головній оптичній осі.

Фокусна площина – площина, яка проходить через фокус, перпендикулярна до головної оптичної осі і паралельна площині лінзи.

Фокусна відстань – відстань від оптичного центра лінзи до її фокуса. Величина обернена фокусній відстані називається оптичною силою.

При побудові зображення точки, так само, як і при побудові ходу променя, можна скористатися кількома правилами параксіальної оптики:

1. Промінь, що йде в просторі предметів паралельно оптичної осі, в просторі зображень проходить через задній фокус;

2. Промені, що йдуть паралельно один одному, перетинаються в одній точці на фокальній площині; 

3. Якщо лінза знаходиться в однорідному середовищі, то промінь, що йде через центр лінзи не заломлюється. 

Побудова зображення довільного предмета в збиральній лінзі

Розглянемо побудову зображення через одиночну збиральну лінзу, що знаходиться в повітрі.

Для того щоб побудувати зображення предмета, необхідно побудувати хоча б два допоміжних променя, що виходять з крайньої точки предмета А. Зображення цієї точки А´ буде перебувати на перетині допоміжних променів.

Перший допоміжний промінь можна провести через точку A паралельно оптичної осі. Тоді в просторі зображень цей промінь пройде через задній фокус оптичної системи F'.

Другий допоміжний промінь можна провести через точку A і передній фокус оптичної системи F. Тоді в просторі зображень промінь піде паралельно оптичної осі.

Третій допоміжний промінь можна провести через центр лінзи. Якщо лінза знаходиться в однорідному просторі (наприклад, в повітрі), то такий промінь не буде переломлюватися.

Зображення А' точки A знаходитиметься на перетині всіх цих допоміжних променів.

Предмет розташований на відстані подвійного фокуса

Побудуємо перший допоміжний промінь паралельно оптичної осі (в просторі зображень цей промінь пройде через задній фокус) і другий допоміжний промінь, що проходить через точку переднього фокуса (в просторі зображень цей промінь піде паралельно оптичної осі).

З малюнка можна помітити, що зображення такого предмета буде перебувати також на відстані подвійного фокусної відстані і мати ті ж розміри, що і предмет.

Предмет розташований в передньому фокусі

Побудуємо перший допоміжний промінь паралельно оптичної осі (в просторі зображень цей промінь пройде через задній фокус) і другий допоміжний промінь, що проходить через центр лінзи (такий промінь не заломлюється).

Допоміжні промені ніде не перетинаються, отже, зображення предмета знаходиться в нескінченності.

Предмет розташований в передньому фокусі між переднім фокусом і лінзою

Побудуємо перший допоміжний промінь паралельно оптичної осі (в просторі зображень цей промінь пройде через задній фокус) і другий допоміжний промінь, що проходить через точку переднього фокуса (в просторі зображень цей промінь піде паралельно оптичної осі). Промені перетнуться в просторі предметів і зображення буде уявне.

Побудова зображення довільного предмета в розсіювальній лінзі

У розсіювальній лінзі зображення будується так само, як і в збиральній, але необхідно пам'ятати про те, що передня фокусна відстань позитивна (передній фокус знаходиться праворуч від лінзи), а задня фокусна відстань негативна (задній фокус знаходиться зліва від лінзи).

Побудуємо перший допоміжний промінь паралельно оптичної осі. Оскільки задній фокус знаходиться зліва від лінзи, через задній фокус пройде не сам промінь, а його продовження.

Другий допоміжний промінь (або його продовження) можна провести через передній фокус. Тоді в просторі зображень промінь піде паралельно оптичної осі.

Третій допоміжний промінь можна провести через центр лінзи. Такий промінь не буде переломлюватися.

Оскільки всі ці промені в просторі зображень не перетинаються, зображення буде уявним, і перебувати на перетині продовжень допоміжних променів.

Геометрична оптика

Приклади навчальних цілей

• Поясніть, як формується зображення променями, що збирає лінза і як ідуть промені далі.

• Якщо змінити лінзу (радіус, коефіцієнт і діаметр) то, де з'являється зображення і як воно виглядає (збільшення, яскравість і поворот).