关于高斯光学的一些知识

高斯光学高斯光学（Gaussian optics）是指1841年C.高斯建立的研究理想光学系统的几何光学理论。几何光学的分支，又称近轴光学。它适用于任何结构的光学系统，但所研究的光线必须满足近轴条件。所谓近轴条件，指的是光线与系统光轴的夹角α的正弦值可用角值（单位为弧度）代替，即sinα≈tanα≈α，cosα≈1。

为便于一般地了解光学系统的成像性质和规律，在研究近轴区成像规律的基础上建立了理想光学系统的光学模型。【百度百科】

可是，为什么需要满足近轴条件呢？

吐尔逊·买买提在他的论文：几何光学中引入“近轴条件”概念的物理意义中写的很仔细。文中给出的答案是：为了满足光的单心性。文中证明了当α很小时，同一个物点所发出的不同光线经球面反射后会交于一点。光束的单心性得以保持。一个物体将有一个确定像点与之对应。如果物点在垂轴平面上移动时，其完善像点也在垂轴平面上作线性移动，则此光学系统成像是理想的。可以证明，非常靠近光轴的细小物体，其每个物点都以很细的、 很靠近光轴的单色光束被光学系统成像时，像是完善的。这表明，任何实际的光学系统（包括单个球面、单个透镜）的近轴区都具有理想成像的性质。（推导过程，请查看原论文）

所以当物体处在近轴视角之外的时候，物体成像质量会下降，是因为光线在系统中的传播光路偏离了理想途径，不再相交于高斯像点（即理想像点）之的原因。这时，物点对应的像不再是一个点，而是一个模糊的弥散斑，物体的像也不再是一个平面，而是一个曲面。所以物体的像相对于物也失去了相似性。是的物体的成像质量下降了。这也是为什么，当相机的成像平面在成像系统的高斯平面附近的时候相机的成像质量是最好的。