光学系统的基本概念

1.5.1　光学系统的基本概念

人们通过对光传播规律的研究，设计制造了各种光学仪器。光学仪器的核心部分是光学系统。大多数光学系统的基本作用是成像，即将物体通过光学系统成像，以供人眼观察或拍照。最常用的光学系统有：望远系统（观察远方物体）、显微放大系统（观察近处细小物体）、照相系统、放映投影系统、照明聚光系统以及各种计量光学系统等。

图1.24　光学系统图

所有的光学系统，都是由一些光学零件（元件），按照一定的方式组合而成。如图1.24所示为一个军用观察镜的光学系统图。它是由两组透镜（物镜和目镜）、一组棱镜、一个平面反射镜、一个分划板和一块保护玻璃组成。

组成光学系统的光学零件，基本有三类：

（1）透镜。单透镜按形状和作用可分为两类：

第一类为正透镜，又称凸透镜或会聚透镜，其特点是中心厚、边缘薄。这类透镜又有各种不同形状，如图1.25（a）所示；

图1.25　两类透镜

第二类为负透镜，又称凹透镜或发散透镜，其特点是中心薄而边缘厚。这类透镜的各种形状如图1.25（b）所示。

（2）反射镜。按形状可以分为平面反射镜和球面反射镜，球面反射镜又有凸面镜与凹面镜之分。

（3）棱镜。按其作用与性质，可以分为反射棱镜与折射棱镜。

所有的光学零件，都是由不同介质（光学玻璃等）的一些折射面和反射面构成。这些面形可以是平面、球面，也可以是非球面。由于球面和平面便于大量生产，因而目前绝大多数光学系统中的光学零件均由球面和平面构成。但是，随着技术发展与工艺水平的提高，非球面已经得到越来越广泛的采用。如果光学系统中的光学零件完全由球面构成，则这种光学系统称为“球面系统”；如果光学系统中包含有非球面，则称为“非球面系统”。

在球面系统中，如果各球面的球心都位于同一条直线上，则这条直线就是整个系统的对称轴线，也就是系统的光轴，这种系统即称为“共轴球面系统”。目前实际采用的光学系统，大多数都是由共轴球面系统与平面镜、棱镜系统组合而成；没有对称轴的光学系统称为“非共轴系统”。我们所研究的重点是共轴球面系统和平面镜、棱镜系统。