什么是理想光学系统？

在几何光学中，所谓的理想光学系统，就是对足够大空间内的各个点能以足够宽光束成完善像、理想像的光学系统。理想光学系统将物空间的同心宽光束转换到像空间的同心光束，这种从一个空间变换到另一个空间的情况，在数学上可以归结成“共线变换”或“共线成像”的问题，这种共轴理想光学系统理论是由高斯建立起来的，因此人们也把理想光学系统理论称为高斯光学。

基本特性

理想光学系统理论是在1841年由高斯提出来的，所以理想光学系统理论又称为“高斯光学”。在各向同性的均匀介质中，理想光学系统的物像关系应具备以下特性：

1、点成点像：即对于物空间的每一点，在像空间必有一个点与之相对应，且只有一个点与之对应，这样的两个对应点称为物像空间的共轭点（如图1中的A点和A′点）。

图1

2、线成线像：即对于物空间的每一条直线，在像空间必有一条直线与之相对应，且只有一条直线与之对应，这样的两条对应直线称为物像空间的共轭线（如图1中的BC和B′C′）。

3、平面成平面像：即物空间的每一个平面，在像空间必有一个平面与之相对应，且只有一个平面与之对应，这样的两个对应平面称为物像空间的共轭面（如图1中的PQ面和P′Q′面）。

由此推广，如果物空间上任意一点D位于直线BC上，那么其在像空间的共轭点D′也必位于共轭线B′C′上。同样，物空间中的一个同心光束必对应于像空间中的另一同心光束。上述这种点对点、直线对直线、平面对平面的成像，称为共线成像。

共线成像理论是理想光学系统的基础理论，它只是基本假设，实际中是不存在这样的理想光学系统的。显然，理想光学系统是实际光学系统的努力方向，所以搞清楚理想光学系统的基本特征，对寻求在某些方面接近于理想光学系统的实际系统是有益的。在设计实际光学系统时，人们常采用理想光学系统所抽象出来的一些光学特性和公式进行实际光学系统的初始计算，以使实际光学系统的设计成为可能，并使其计算得以简化，质量得到提高。

在实际光学系统的近轴区可以满足共线成像理论，因此，在进行光学系统设计时，往往以其近轴区的成像性质来衡量该系统的质量。

基点和基面

根据理想光学系统的特性，如果在物空间有一条和光学系统光轴平行的光线射入到理想光学系统，则在像空间必有一条光线与之相共轭。

图2