Фокальные плоскости и фокусы оптической системы

На рис. 3.1.6. показаны внешние преломляющие поверхности и оптическая ось некоторой идеальной центрированной оптической системы. Возьмем  в пространстве предметов этой системы плоскость , перпендикулярную к оптической оси. Из соображений симметрии следует, что сопряженная с  плоскость  также перпендикулярна к оптической оси.  Перемещение плоскости  относительно системы вызовет соответствующее перемещение плоскости . Когда плоскость  окажется очень далеко, дальнейшее увеличение ее расстояния от системы практически не вызывает изменения положения плоскости . Это означает, что результате удаления плоскости  на бесконечность плоскость  оказывается в определенном предельном положении . Плоскость , совпадающая с предельным положением плоскости , называется задней фокальной плоскостью оптической системы.

Кратко можно сказать, что задней фокальной плоскостью  называется плоскость, сопряженная с находящейся на бесконечности в пространстве предметов плоскостью , перпендикулярной к оси системы.

Точка  пересечения задней фокальной плоскости с оптической осью называется задним фокусом системы. Обозначают ее также буквой . Эта точка сопряжена с удаленной на бесконечность точкой , лежащей на оси системы. Лучи, выходящие из , образуют параллельный оси пучок (рис. 3.1.6.). По выходе из системы эти лучи образуют пучок, сходящийся в фокусе . Упавший на систему параллельный пучок может выйти из системы не в виде сходящегося (как на рис. 3.1.6.), а в виде расходящегося пучка. Тогда в точке  будут пересекаться не сами вышедший лучи, а их продолжения в обратном направлении. Соответственно задняя фокальная плоскость окажется перед (по ходу лучей) системой или внутри системы.

Лучи, вышедшие из бесконечно удаленной точки  не лежащей на оси системы, образуют параллельный пучок, направленный под углом к оси системы. По выходе из системы эти лучи образуют пучок, сходящийся в точке , принадлежащей задней фокальной плоскости, но не совпадающей с фокусом  (точка  на рис. 3.1. 6.). Тогда изображение бесконечно удаленного предмета будет лежать в фокальной плоскости.

Если удалить на бесконечность перпендикулярную к оси плоскость  (рис. 3.1. 7.), сопряженная с ней плоскость  придет в предельное положение , которое называется передней фокальной плоскостью системы. Кратко можно сказать, что передней фокальной плоскостью  является плоскость, сопряженная с находящейся на бесконечности в пространстве изображений плоскостью  перпендикулярной к оси системы.

Точка пересечения передней фокальной плоскости  с оптической осью называется передним фокусом системы. Обозначают этот фокус также буквой . Лучи, вышедшие из фокуса , образуют после     выхода из системы пучок параллельных оси лучей. Лучи, вышедшие из точки , принадлежащей фокальной плоскости  ( рис. 3.1. 7.), образуют после прохождения через систему параллельный пучок, направленный под углом к оси системы. Может случиться, что параллельный по выходе из системы пучок получается при падении на систему не расходящегося (как на рис. 3.1. 7.), а сходящегося пучка лучей. В этом случае передний фокус оказывается за системой или внутри системы.