光學成像的原理及特點-tft每日頭條

光學成像的原理及特點（一階光學成像原理）1

1841年德國科學家高斯（C.F.Gauss）提出一階光學（First order optics）成像原理，即近軸光學（Paraxial Optics），其理論簡述如下：

“一階光學”是将一物件和像面的關系是透鏡面孔徑尺寸的一次方程式，稱為一階光學。

在近軸光學中，需要定義光線的坐标系方位，通常我們認為光線從左向右傳播為正，從右向左傳播為負。近軸光學中有以下幾種基本參數的定義：

①焦點focal point

隻有無窮遠處沿光軸共線方向射入的平行光線彙聚的點稱為焦點。

由于光路可逆，于是在平行光通過透鏡的兩個方向上分别有前焦點、後焦點Focal point。平行光從右到左穿過鏡組産生的焦點稱為物方焦點（前焦點），反過來從左到右穿過鏡組稱為像方焦點（後焦點）

光學成像的原理及特點（一階光學成像原理）2

②主點 Principal point

當平行光線在光學系統中聚焦時，首先将聚到焦點的光線反向延伸，其次将平行入射光不考慮光學的折射效應，直接延伸使兩線相交。平行光束從中心軸到邊緣，相交的點形成一個面，這個面就是主面(Principal plane)，主面和光軸相交的點稱為主點。

光學成像的原理及特點（一階光學成像原理）3

平行光在從左到右穿過鏡組主點稱為後主點，反過來穿過鏡組此時主點稱為前主點。由于在透鏡系統中，物通常放在鏡組左側、像通常在鏡組右側，因此也可以用物方與像方來區分前後，即物方主點、像方主點，物方焦點、像方焦點等。

③有效焦距Effective Focal Length

從主點到焦點的距離稱為有效焦距。前焦點到前主點的的距離與後焦點到後主點的距離相等，同為有效焦距。

④前焦距Front Focal Length

從鏡組前表面（ V點）到前焦點（ F ）的距離。也可稱為物方焦距。⑤後焦距Back Focal Length，BFL從鏡組後表面（V′點）到後焦點（F′）的距離。也可稱為像方焦距、背焦。

⑤節點Node

節點為光軸上的兩個點。通過光學系統後，其方向可顯示出第一個節點，同平行于該方向可觀察出第二節點。當一光學系統固定在兩邊都是空氣的介質下，節點會和主點重合。下圖中 N1 為前節點，也稱為第一節點、物方節點； N2為後節點，也稱為第二節點、像方節點。

光學成像的原理及特點（一階光學成像原理）4

⑥曲率curvature

曲率是描述幾何體彎曲程度的量，例如曲面偏離平面的程度，或者曲線偏離直線的程度。在光學中曲率與曲率半徑可以整個界面上固定的（球面透鏡，曲率為常數），也可以是在整個界面上變化的（非球面鏡，曲率為變量）

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