توصیف کلی
یکی از سودمندترین روشها در طراحی اپتیکی ، مطالعه سریع اجزای سیستم آنها و مسیر نور در آنها است. این کار همانند طراحی سریعی است که یک نقاش قبل از تصمیم گیری نهایی روی ترکیب رنگها انجام می‌دهد. ابتدائی‌ترین شکل آن ، طرح مقدماتی با یک عدسی شیئی غالبا نامشخص شروع می‌شود. سپس یک سری از عدسیها ، آینه‌ها ، منشورها ، مدوله کننده‌ها ، آشکارسازهای نوری و اجزای دیگر اپتیکی بصورت متوالی و پشت سر هم قرارداده می‌شوند. و همراه آن چند پرتو مهم عبوری از این اجزا ، در طول مسیرهایی که از طریق محاسبات مسیر پرتو تخمین زده شده‌اند، ترسیم می‌شوند.
در اغلب طراحیهای اپتیکی ، اجزای تصویر ساز اعم از عدسیها ، آینه‌ها و سایر قطعات اپتیکی بطور متقارن نسبت به خطی به نام محور نوری قرار می‌گیرند. این خط برای برقراری یک خط مرجع برای سیستم در اول رسم می‌شود، سپس یک سطح اپتیکی ، مانند یک آینه مقعر ، چنان رسم می‌شود که مرکز انحنای آن بر روی محور نوری قرار گیرد (نقطه‌ای که محور نوری سطح را قطع می‌کند، رأس سطح نامیده می‌شود).
با رسم پرتوها در یک سیستم می‌توان مزایا و معایب سیستم را تعیین کرد، قراردادهایی برای ردیابی پرتو (ترسیم پرتو) وجود دارند. با وجود اینکه این قراردادها از مقبولیت جهانی برخوردار نیستند، ولی به اندازه کافی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بهره‌گیری از آنها در ترسیم و محاسبات موجب تسهیل در کار و قابل توصیه باشد.
  |
قواعد رسم پرتو
جسم فرضی و شکل گیری تصویر
-
یک شیئی در سمت چپ سیستم اپتیکی قرار داده می‌شود.
-
نور سیستم از سمت چپ به سمت راست ردیابی می‌شود تا اینکه یک جزء بازتابنده (مثلا آینه) جهت کلی را تغییر دهد.
-
اگر چه می‌توان یک شی قابل تشخیص تصویر شدنی در سیستم رسم کرده ، ولی ساده‌ترین شیئ ، یک پیکان قائم است ( پیکان تصویر شده توسط سیستم اپتیکی ، با معکوس بودن ، تصاویر بعدی را نسبت به شیئ اصلی و بقیه تصاویر ، نشان می‌دهد).
-
اگر فرض کنیم که نور ازشیئی در همه جهات گسیل شود، می‌توان یک دسته پرتو مخروطی از هر نقطه پیکان رسم کرد.
- هرگاه همه پرتوهای رسیده از یک نقطه از جسم که توسط سیستم اپتیکی جهت یافته‌اند. دوباره در یک نقطه جمع شوند، آنگاه تصویر تشکیل یافته است. در غیر اینصورت اگر ، دو پرتو از یک نقطه جسم بعد از عبور از سیستم به یک نقطه همگرا نشوند، در آنصورت سیستم دارای ابیراهی نوری است که باید با طرح دیگری ، بطوری که بعدا خواهیم دید، آنرا به حداقل رساند.
  |
رسم تصویر در آینه مقعر
یک 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 اپتیکی بوده و یک تصویر درنقطه کانونی آینه تولید می‌کنند که فاصله آن از آینه f است (فاصله f را فاصله کانونی آینه می‌نامند)، مکان این نقطه کانونی 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 کانونی است، با اینحال در این مورد پرتوهای موازی به یک نقطه همگرا نمی‌شوند، بلکه در عوض به نظر می‌رسد که 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 کانونی آینه می‌گذرند، رسم تصویر برای عدسی مقعر نیز چنین است.
رسم تصویر در دستگاههای نوری
در حالت کلی می‌توان پرتوهای زیادی از سیستم عبور داد، چند پرتو ویژه که به آسانی رسم می‌شوند، که می‌توانند همان اطلاعات را بدهند که از ترسیم پرتوهای زیاد حاصل می‌شود. برای سیستمهای نوری از جمله آینه‌ها و عدسیها ساختار کلی رسم پرتو را داریم، بنابراین در دستگاههای نوری پرتو را بایستی در کل دستگاه ردیابی نماییم تا خروجی مورد نیاز را بدست آوریم.
