Геометрична оптика охоплює всі питання, пов'язані з побудовою оптичних зображень змінами напрямків світлових променів.
Розглянемо основні закони геометричної побудови оптичного зображення лінзою, або фотооб'єктивом.
Перш за все, потрібно виходити з того, що світло в однорідному оптичному середовищі, наприклад в повітрі, поширюється прямолінійно. При переході з менш щільного оптичного середовища в середу більш щільну, наприклад, з повітря в скло, промінь змінює свій напрямок і утворює з перпендикуляром до кордону двох оптичних середовищ, восставленний в точці падіння, кут, менший, ніж промінь падаючий (рис. 5, а). Це явище називається заломленням світла на кордоні двох оптичних середовищ. І навпаки, при переході з середовища більш щільною в середу менш щільну кут заломлення променя світла більше, ніж кут падіння. Закони заломлення світла на кордоні двох оптичних середовищ виражаються в наступному:
Мал. 5. Заломлення променя: а - на межі повітря-скло; б - в плоскопараллельной платівці
Мал. 6. Хід променя в призмі
1) падаючий і заломлений промені знаходяться в одній площині з перпендикуляром в точці падіння;
2) відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для даної оптичної середовища, яка не залежить від кута падіння і називається коефіцієнтом заломлення, або показником заломлення цього середовища;
3) промінь падаючий і промінь переломлений взаємно переместімость.
Проходження світла через плоскопараллельную пластинку. При проходженні світла крізь плоскопараллельную пластинку промінь двічі перетинає кордон двох оптичних середовищ повітря - скло і скло - повітря (рис. 5, б). Пройшовши перший кордон, промінь відхилиться вниз, а при виході зі скла в повітря знову відхилиться вгору. Так як скло є однорідним і обидві його поверхні паралельні, кути відхилення рівні за величиною і протилежні за напрямком. Неважко переконатися, що вийшов зі скла промінь зберігає колишній напрям і лише зміщується на деяку величину. Величина зміщення залежить від коефіцієнта заломлення скла, його товщини і кута падіння променя.
Проходження світла через призму. Промінь світла S, що падає на грань призми тригранного перетину ABC (рис. 6), на кордоні повітря-скло заломлюється і відхиляється від колишнього напрямки до основи призми AC. Пройшовши товщу скла призми, промінь знову зустрічає на своєму шляху кордон середовищ скло - повітря і відхиляється в сторону основи призми. Таким чином, двічі відхилившись, промінь змінить свій первісний напрямок на кут, рівний подвоєною різниці кута падіння і кута заломлення.