几何光学学习笔记（8）- 3.2 理想光学系统的焦点与焦平面、主点与主平面、焦距、节点

1.焦点和焦平面

如上图，F和F’分别叫做物方焦点和像方焦点，但是两个点不是共轭点，他们的共轭点都在无穷远处。

经过像方焦点 F’作一垂轴平面称为像方焦平面，显然这是物方无限远处垂轴平面的共辄面。由物方无限远处射来的任何方向的平行光束，经光学系统后必会聚于像方焦平面上一点 B’ ， 如上图所示。通过物方焦点 F的垂轴平面称为物方焦平面，它和像方无限远处的垂轴平面相共辄。自物方焦平面上任一点发出的光束经光学系统以后，均以平行光射出。

2.主点和主平面

如上图所示，QH和Q’H’分别被称为物方主面和像方主面，这两个面是共轭面；点H和点H’分别叫做物方主点和像方主点，这两个点是一对共轭点。

3.焦距

自光学系统的物方主点H到物方焦点 F的距离称为物方焦距(前焦距或第一焦距)，用字母f表示。同样，像方主点 H’到像方焦点 F’ 的距离称为像方焦距(后焦距或第二焦距)，用字母 f’表示。焦距值的正、负是以相应的主点为原点来确定的，如果由主点到相应焦点的方向与光线的传播方向一致，则焦距为正，反之为负。 f<0 ， f’ >0 。

4.理想光学系统二焦距间的关系

光学系统物方和像方焦距之间关系的重要公式：
$$\frac{f^{\prime }}{f}=-\frac{n^{\prime }}{n}$$

必须指出，若光学系统中包括反射面，则两个焦距之间的关系由反射面的个数决定。设反射面的
数目为k:
$$\frac{f^{\prime }}{f}=(-1{)}^{k+1}\frac{n^{\prime }}{n}$$
可知折射系统以及具有偶数个反射面的折、反射革统，物方焦距和像方焦距异号；当有奇数个反
射面时，物方焦距和像方焦距同号。

当n=n’时，上述两式都可以化简。

5.光学系统的节点

J和J’分别被称为物方节点和像方节点，也是一对共轭点。

如果光学系统f<0，f’ >0。则即节点J位于焦点F之右|f’|处 ，J’位于焦点 F’之左|f|到处。过节点的共辄光线角放大率为+1，即$U_J=U_J^{\prime }$。若光学系统在同一介质中，节点与主点重合。