光学系统概述

光学系统（optical system）是指由透镜、反射镜、棱镜和光阑等多种光学元件按一定次序组合成的系统。通常用来成像或做光学信息处 理。曲率中心在同一直线上的两个或两个以上折射（或反射）球面组成的光学系统称为共轴球面系统，曲率中心所在的那条直线称为光轴。 

一个光学系统除了要考虑高斯光学的有关问题，诸如物像共轭位置、放大率、转像和转折光路等以外，还需考虑成像范围的大小、成像光束孔径角的大小、成像波段的宽窄以及像的清晰度和照度等一系列问题。满足一系列要求的实际光学系统往往不是几个透镜的简单组合，而由一系列透镜、曲面反射镜、平面镜、反射棱镜和分划板等多种光学零件组成，并且要通过合理设置光阑、精细校正像差和恰当确定光学零件的横向尺寸等手段才能得到合乎需要的高质量系统。

理想光学系统

理想光学系统是能产生清晰的、与物完全相似的像的成像系统。光束中各条光线或其延长。

线均交于同一点的光束称为同心光束。入射的同心光束经理想光学系统后，出射光束必定也是同心光束。入射和出射同心光束的交点分别称为物点和像点。理想光学系统具有下述性质：①交于物点的所有光线经光学系统后，出射光线均交于像点。反之亦然。这一对物像可互换的点称为共轭点。②物方的每条直线对应像方的一条直线称共轭线；相对应的面称共轭面。③任何垂直于光轴的平面，其共轭面仍与光轴垂直。④对垂直于光轴的一对共轭平面，横向放大率为常量。研究理想光学系统上述物像两方一一对应关系的理论称为高斯光学。首先由德国科学家C.高斯在1841年的著作中阐明。实际上不存在真正的理想光学系统。共轴球面系统在近轴条件下可近似满足理想光学系统的要求。 

基点和基面

决定理想光学系统物像共轭关系的几对特殊的点和面。

焦点和焦面

光轴上与无穷远像点共轭的点称为物方焦点（或第一焦点），记作F；光轴上与无穷远物点共轭的点称为像方焦点（或第二焦点），记作F'。通过F和F′点并与光轴垂直的面称为物方焦面（第一焦面）和像方焦面（第二焦面）。

主点和主面

横向放大率等于1的一对共轭面称主面，两主面与光轴的交点称主点。从物方焦点F发出的任一光线，经光学系统后成为平行于光轴的光线，延长这对共轭光线得其交点M，这交点的集合构成物方主面（第一主面），该主面与光轴的交点H称物方主点（第一主点）。平行于光轴的光线入射后，出射光线交于像方焦点F'，延长这对共轭光线得其交点M'，该交点的集合构成像方主面（第二主面），它与光轴的交点H'称像方主点（第二主点）。两主面是一对共轭面，两主点是一对共轭点。两主面上任一对共轭点离光轴的高度相等，横向放大率为1。

节点和节面

光轴上角放大率为1的一对共轭点称节点，通过节点并与光轴垂直的面称节面。

物像关系

高斯光学中把具体的光学系统抽象概括成由基点和基面组成的系统，物距、像距及焦距均以两个主点为基准计算。物点Q和物方焦点F至物方主点H的距离s和f分别为物距和物方焦距；像方主点H'至像点Q'和像方焦点F'的距离分别为像距s'和像方焦距f'。物和像的位置关系由下式表示：

f'/s'+f/s=1

此式称高斯公式。物、像位置也可用x、x'表示，两者间的关系为：

xx'=ff'

此式称牛顿公式。