为什么要调节光学系统共轴

光学系统在物体成像方面有着广泛的应用。为了在近轴区域形成完善的像，需要精心设计光学系统。近轴区域的成像范围和光束宽度都相对较小，因此其实用性有限。

实际的光学系统需要在一定大小的物体上，以一定宽度的光束形成近似完善的像。为解决这一问题，“应用光学”致力于寻找具有这种特性的光学系统。为了评估实际光学系统的成像质量是否符合完善成像条件，需要建立一个模型，即理想光学系统。这一模型能在任意大的物体和任意宽的光束下实现完善成像。

理想光学系统的理论是由高斯在1841年提出的。任何实际的光学系统都不能绝对完美地成像，除了均匀透明的介质中的平面反射镜。理想光学系统理论也被称为“高斯光学”，因为它在计算理想光学系统各个参量之间的关系时，通常使用阶线性方程，也称为“一阶光学”。

理想光学系统处于各向的均匀介质中，物空间中的光线和像空间中的光线都是直线。物空间的一点对应于像空间的一点，这种几何关系被称为“共线成像”、“共线变换”或“共线光学”。共线成像理论的初始几何定义可以归结为以下几点：

1. 物像空间的共轭点：物空间中每一点对应于像空间中相应的点，且只对应一个点。

2. 物像空间的共轭线：物空间中的每一条直线对应于像空间中相应的直线，而且只对应一条。

3. 共线成像关系：物空间的任意一点位于一条直线上，那么在像空间内的共轭点必在该直线的共轭线上。

为了更深入地研究理想光学系统的特性，我们首先来研究一些特定的点和面。

首先是焦点与焦平面。根据理想光学系统的共线成像特性，设在物空间有一条和光学系统光轴平行的光线，则在像空间必有一条光线与之相共轭。随着光学系统性质的不同，共轭光线可能平行于光轴，也可能和光轴交于点。

接下来是主点与主平面。除入射为平行光束、出射也是平行光束的望远系统外，所有光学系统都有一对主面。其一个主面上的任一段以相等的大小和相同的方向成像在另一个主面上。

还有焦距、节点等概念。这些基点，包括焦点、焦平面、主点、节点等，共同表征了理想光学系统的特性。知道这些基点的位置后，就可以确定理想光学系统的成像性质。

理想光学系统在物体成像方面有着重要的应用。通过对实际光学系统的设计和调整，可以使其接近理想光学系统的特性，从而提高成像质量。