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理想光学系统

理想光学系统是能产生清晰的、与物完全相似的像的成像系统。光束中各条光线或其延长线均交于同一点的光束称为同心光束。入射的同心光束经理想光学系统后，出射光束必定也是同心光束。入射和出射同心光束的交点分别称为物点和像点。

理想光学系统具有下述性质：①交于物点的所有光线经光学系统后，出射光线均交于像点。反之亦然。这一对物像可互换的点称为共轭点。②物方的每条直线对应像方的一条直线称共轭线；相对应的面称共轭面。③任何垂直于光轴的平面，其共轭面仍与光轴垂直。④对垂直于光轴的一对共轭平面，横向放大率为常量。研究理想光学系统上述物像两方一一对应关系的理论称为高斯光学。首先由德国科学家C.高斯在1841年的著作中阐明。自由曲面光学系统的优势：自由曲面光学系统的设计自由度较大，可以采取折射和反射相结合的方法，可避免中心遮拦的离轴式设计，有利于获得高分辨力、高光通量利用率，并通过光路折叠，实现系统结构的紧凑化。实际上不存在真正的理想光学系统。共轴球面系统在近轴条件下可近似满足理想光学系统的要求。

孔径光阑

多个光阑中对光束的限制作用，即决定成像光束大小的那个光阑，又称有效光阑。孔径光阑可遮掉光束中偏离近轴光线较大的光线，对像的清晰度、正确性、亮度和景深等有直接影响。

 由于轴上点的成像光束被孔径光阑所限制，易于想到，将系统的所有光孔分别通过其前面的光学零件成像于物空间时，其中对轴上物点张角为的那个像，或当物在无穷远时孔径为的那个像所对应的光孔，一定是孔径光阑。孔径光阑在物空间的像称为入射光瞳，其对物点的张角称为物方的光束孔径角。同样，孔径光阑被其后面的光学零件成在像空间的像，称为出射光瞳，它一定也是对轴上像点张角为的一个光孔像，这个张角是像方的光束孔径角。入射光瞳、孔径光阑与出射光瞳三者是共轭的。如果忽略光阑像差，入射光瞳是物面上各点成像光束的公共入口；出射光瞳是成像光束的公共出口。通过孔径光阑中心的光线叫主光线，因共轭关系，它也通过入射光瞳中心和出射光瞳中心。眼底电视成像光学系统眼底图像通过眼光学系统后出射的是平行光，经网膜物镜后成像在后焦平面上，通过成像物镜把次所成的像O′A′成像在CCD光靶上，即O″A″。因此，一般说主光线是成像光束的中心线。

视场光阑是光学系统中决定其成像范围的一个光孔。在有中间实像平面的系统（例如开普勒望远镜和显微镜）和有实像平面的系统（例如摄影系统）中，视场光阑都设置在这种像平面上。视场光阑被其前面的光学零件在物空间中所成的像称为入射窗，它对入射光瞳中心所张的角度是所有光孔像中者，这个角度称为视场角。同样，视场光阑被其后面的光学零件在像空间所成的像称为出射窗。入射窗、视场光阑和出射窗也是共轭的。当视场光阑设置在实像平面或中间实像平面上时，入射窗和出射窗分别与物平面和像平面重合，此时视场有明晰的边界。然而在实际光学系统中，轴外点成像光束往往受其他光学零件通光孔的限制，结果是轴外点的光束孔径角比轴上点的小得多。在无实像或中间实像平面的场合，例如眼睛通过放大镜或伽利略望远镜观察时，系统中也总有一个零件，它的通光孔径起着限制视场的作用，上述二情况中，放大镜本身孔径和望远镜物镜的孔径就是决定可见视场范围的视场光阑。显然，此时入射窗不与物平面重合，无明晰的视场边界。

显微镜光学系统

显微镜光学系统的设计有三种光学系统。

1、长筒光学系统：即物镜像方焦点到目镜物方焦点的距离，采用有限远光学系统。

2、无限远校正光学系统：是较***的光路设计，它体现了无限远校正方式的优越性。

3、无限远双重色差校正光学系统：是目前的光路设计，不但能矫正位置色差，同时还能矫正倍率色差，提供反差、衬度、分辨率的锐利图象。