光學空間

光學空間是有關光學系統的數學坐標系，可以將光學系統以數學來建模。光學空間是與折射率有關的數學坐標系（像是笛卡儿坐标系）。光學空間可以大幅簡化光學系統的分析，設計者可以將座標系統的原點放在許多方便的位置上。在設計光學空間時，會提到兩個光學空間，分別是物空間（object space）和像空間（image space），有時也會提到其他的中間空間。

光學空間會在各方向無限延伸。物空間不只是在光學系統的輸入側，像空間也不只是在光學系統的輸出側。此概念下的空間可以視為是觀點。所有光學空間都在各方向完全重疊，一直到無窮遠處。一般來說，兩個空間的原點和至少一個座標軸是不同的，提供給設計者不同的觀點。若非有一些特殊的約定，無法從圖中看出某一個點、光線或是平面是在哪一個空間裡。常見的約定會用大寫字母X, Y, Z標示點，小寫字母a, b, c標示距離。像t或v之類的文字表示在物空間，t′或v′的文字表示在相空間。若有中間空間，可能會用r″, z″, q″的方式表示。同一個字母表示有，不冋空間的兩個點或兩個距離。唯一的例外是用F和F′標示物空間和像空間的焦點（兩者沒有共軛關係）。「物點」不一定指是某物的點，而是指物空間內的某點。「像點」也是如此。

光學空間中最特別的是物點可能會在光學系統的輸出側，而相點也可能會在光學系統的輸入側。這些點都是虛的，不是實際存在的。光學空間會分為虛實兩份。在系統輸出側的物點是在物空間中虛的部份，是虛的物點。在系統輸入側的物點是在物空間中實的部份，是實的物點。虛的物點會出現在多透鏡系統中，第一個透鏡的成像位置是在第二個透鏡的輸出側，也就是第一個透鏡成像的光線在成像前就被第二個透鏡截斷，此情形下，就將第二個透鏡的物點視為在輸出側的虛物點。

相空間的情形則相反。在系統輸出側的相點是在相空間中實的部份，是實的物點。在系統輸入側的相點是在相空間中虛的部份，是虛的相點。虛的相點是指光線發散的路徑，就像在輸入側有一相點，所發散的光線一樣。

光學空間中常見的作法是將光學空間裡的橫軸指定為z軸，往右為正向，而縱軸指定為y軸，往上為正向。
參考資料