主面和主点

3.2.1　主面和主点

如图3.1所示，O₁和O_k分别为共轴理想光学系统第一折射面和最后折射面的顶点，O₁O_k为系统的光轴。若物空间有一条平行于光轴的光线AE₁射入系统（距光轴高度为h），经系统出射后，其像空间的共轭光线P_KF＇与光轴交于F＇点；AE₁与P_KF＇的延长线交于Q＇点，图中凡在系统内部的延长线，均以虚线表示，因为系统内部的真实光线路径，是由系统具体结构决定的。类似地，按相反方向自右向左引一条平行于光轴的光线BE_K，距光轴的投射高度亦为h，则其共轭光线P₁F交光轴于F点。显然根据光路可逆原理，若光线在物空间沿FP₁射入系统，则其像方共轭光线必沿E_KB方向出射。这样，若视Q点为光线AE₁与FP₁交成的“虚物点”，Q＇点为AE₁、FP₁的共轭光线P_KF＇与E_KB交成的“虚像点”，则显然Q点与Q＇点是一对共轭点。过Q与Q＇点作与光轴垂直的平面，分别交光轴于H点和H＇点，则这一对平面也是共轭的。共轭面内的共轭线段QH与Q＇H＇长度相同，且在光轴的同一侧，表明过H和H＇点的这对共轭面具有横向放大率等于+1的特性。定义横向放大率（β）等于+1的一对共轭面为共轴理想光学系统的主平面（简称主面）。其中，过H点的主面称为物方主面（也可称前主面或第一主面）；过H＇点的主面称为像方主面（也可称后主面或第二主面）。定义物方主面与光轴的交点H为物方主点（前主点或第一主点）；像方主面与光轴的交点H＇为像方主点（后主点或第二主点）。物方主点与像方主点也是一对共轭点。

图3.1　理想光学系统的基点与基面

所有的光学系统（望远系统除外）都有一对主面。引入主面概念所带来的极大好处是，将实际光学系统用等效的理想光学系统取代后，实际系统的多次折射和反射，可以用主面处共轭光线方向的一次偏折来取代。