学好光学设计的必备基础：详解成像原理

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光源可以抽象为发光点的条件：尺度。

光线：发光体发出的带有辐射能量的线条。

光束：在空间上具有一定关系的光线的集合。

同心光束，也称单心光束（concentric beam, homocentric beam）：光线本身或延长线交于一点。

均匀各向同性的透明介质中，同心光束对应有限远处发光 点发出的球面波或无限远处发光点发出的平面波。

（3）光具组与理想光具组

物点：对光具组来说，入射光线的发光点或同心光束的顶点。 

实物点：发出同心光束的物点。 

虚物点：会聚入射光线的顶点、或入射同心光束延长线的交点。

像点：经过光具组后，出射同心光束的光心交点或顶点。

实像点：会聚同心光束的顶点。 

虚像点：发散同心光束反向延长线的顶点。

讨论

① 物和像都是由一系列的点构成的，物点和像点一一对应。 

② 实物、实像的意义在于有光线实际发自或通过该点，而虚物、虚像仅仅是由光的直线传播性质给人眼造成的一种错觉，实际上并没有光线经过该点。 

③ 物和像具有相对性，虚实之间也可以进行转换。

物方与像方、物与像的共轭性

（1）光学系统的物方和像方

物方（物空间）：物点所在的空间（包含入射光线及其延长线）。 

像方（像空间）：像点所在的空间（包含出射光线及其延长线）。

（2）物与像的共轭性

对于给定的光学系统，无论物与像是实是虚，均具有共轭特性，即：将物点移到原来的像点位置，并使光线沿反方向射入光具组，像点将出现在原来的物点位置上。这样的一对物像点被称为共轭点。

物像之间的等光程性

光学系统严格（理想）成像的条件 

（1） 同心性不变：由物点发出的同心光束通过光具组后保持同心性不变。 

（2） 等光程成像：由物点发出的所有光线通过光具组后均应以相等的光程到达像点。 

讨论 

（1） 同心性不变条件和等光程条件是等价的。 

（2） 不满足理想成像条件时，即同心性被光具组破坏的情况下，出射光束变为像散光束，像点变为弥散斑。 

（3） 从等光程性与同心性不变条件的等效性，可以对物的共轭像点做定义：对于一个物点，如果相应的光学系统能使其发出的所有光线，均以相等的光程通过另一点，则该点与物点共轭，称为像点。

等光程面：若某一曲面的反射或折射能使从某一点发出的光线到达另一点时具有相等的光程，则该曲面称为该两点间的等光程面。只有等光程的反射、折射才能保证严格成像。

反射等光程面

讨论

① 理想成像的基本要求是满足同心光束的不变性，并且从整个物和像的对应关系看，还必须要满足物像间的相似性。 

② 空间上各个点之间的相互位置要一一对应，同时每一对物像点的颜色要一一对应。 

③ 要求成像的光学系统不产生畸变，没有像差、色差等。 

④ 理想光具组是严格成像的必要条件。

齐明点，也称不晕点(aplanatic points)

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