2.1 基本概念與符號規則

光學系統成像過程中，為了說明物像的虛實、正倒，并能清楚地確定光路中光線的方向、物像的位置、球面的凸凹以及球心的位置等，幾何光學規定了系統中的各參量，并建立了相應的符號規則。

1．常用符號

圖2.1為物體經單個折射球面成像的光路圖，其中C為球面的球心，通過球心的直線稱為光軸，光軸與折射球面的交點稱為頂點（圖中O點），圖中垂直于光軸的物體AB經單個折射球面所成的像為A′B′。圖中符號含義如下：

n、n′為物、像方介質的折射率；

r為球面的曲率半徑；

y為物體的大小；

y′為像的大小；

I為光線的入射角；

I′為光線的折射角；

L為物體到折射面或反射面頂點的距離（物方截距）；

L′為折射面或反射面頂點到像的距離（像方截距）；

U為入射光線和光軸的夾角（物方孔徑角）；

U′為折射光線和光軸的夾角（像方孔徑角）；

φ為光軸與球面法線的夾角；

h為光線在折射面上的投射高度。

2．符號規則

（1）光路方向：光線行進方向從左向右為正向光路，反之為逆向光路。

（2）沿軸線段：以球面頂點O為原點，與光線行進方向相同者為正，反之為負。

（3）垂軸線段：以光軸為界，在光軸之上為正，在光軸之下為負。

（4）角度符號（一律以銳角來衡量）：

①光線與光軸的夾角：光軸轉向光線，順時針為正，逆時針為負。

②光線與法線的夾角：光線轉向法線，順時針為正，逆時針為負。

③光軸與法線的夾角：光軸轉向法線，順時針為正，逆時針為負。

角度符號的判別可參照圖2.2所示。

在光路圖中，規定幾何圖形上所有量一律標注其絕對值，以確保圖中標注的幾何量恒為正。例如，對圖2.1中實物點A，物距L為負值，圖中則標注為－L，以確保圖中標注的幾何量取正值。計算時，要區分其正負號。

3．符號規則的意義

對單個系統而言，通過符號規則可清楚地描述物像的虛實和正倒：

（1）物的虛實：物在左，負物距——實物；物在右，正物距——虛物。

（2）像的虛實：像在右，正像距——實像；像在左，負像距——虛像。

（3）成像方向：物高y、像高y′代數值符號相反——成倒像；y、y′代數值符號相同——成正像。