理想光学系统（理想光学系统）

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更新时间：2023-05-16
理想光学系统
理想光学系统，是由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按一定次序组合成的整体。
基本信息
别名
高斯光学
特性
点成点像、线成线像等
定义
对足够大空间内的各个点成理想像
所属学科
物像关系式
牛顿公式、高斯公式
定义
能产生清晰的、与物貌完全相似的像的光学系统。光学系统是由透镜、反射镜、棱镜及光阑等多种光学元件按一定次序组合成的整体。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该光学系统的主光轴。对单个折射球面或球面反射镜，主光轴是连结球面顶点（球面受光部分的中点）与其曲率中心的直线。有一定关系的光线组成光束，凡光束中各光线（或其延长线）均交于同一点，则此光束称为同心光束。入射的同心光束经理想光学系统后，出射光束也必定是同心光束。入射同心光束的交点称为物点，出射同心光束的交点称为像点。
性质
理想光学系统具有下述性质：
①光学系统物方一个点（物点）对应像方一个点（像点）。即从物点发出的所有入射光线经光学系统后，出射光线均交于像点。由光的可逆性原理，从原来像点发出的所有光线入射到光学系统后，所有出射光线均交于原来的物点，这一对物、像可互换的点称为共轭点。某条入射光线与对应的出射光线称为共轭光线。
②物方每条直线对应像方的一条直线，称共轭线；物方每个平面对应像方的一个平面，称为共轭面。
③主光轴上任一点的共轭点仍在主光轴上。任何垂直于主光轴的平面，其共轭面仍与主光轴垂直。
④对垂直于主光轴的共轭平面，横向放大率（见凸透镜）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，光纯粹是一种几何理论，首先由德国科学家C.F.高斯在1841年的著作中阐明。实际中不存在真正的理想光学系统，平面反射镜是个例外，但其横向放大率恒为1。共轴球面系统严格说不是理想光学系统，但在傍轴条件下可近似地满足理想光学系统的要求，理想光学系统的概念和理论正是以此为原型抽象和概括出来的，故高斯光学也称傍轴光学。
在共轴球面系统中，若入射光线和出射光线靠近主光轴，且与主光轴的夹角μ很小，使sinμ≈tgμ≈μ，cosμ≈1近似成立，则相应的光线称为傍轴光线，上述条件称为傍轴条件。在傍轴条件下共轴球面系统可近似看作理想光学系统。