GB/T 1224-2016 几何光学术语、符号

ICS17.180.01

N30OB

中华人民共和国国彖标准

GB/T1224—2016

代替GB/T1224—1999

几何光学术语、符号

Vocabularyandcharacterforgeometricaloptics

2016-08-29发布2017-03-01实施

GB/T1224—2016

目次

刖BI

1范围1

2基本术语1

3几何光学成像4

4光学系统的光束限制14

5几何像差18

6几何光学成像基本元件及典型光学系统25

附录A（规范性附录）符号规则28

索引33

GB/T1224—2016

■ir■■i

刖弓

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本标准代替GB/T1224—1999《几何光学术语、符号》，与GB/T1224—1999相比，除编辑性修改外

主要技术变化如下：

——修改了1999年版中第3.5、3.12、3.14、3.15、3.33、3.34、3.35、3.36、3.37、3.39、3.45、3.46、3.60、

3.61、3.62、3.65、3.71、3.74、3.77、3.94、3.95、3.104、3.107条术语的定义;

——修改了1999年版中的第3.14、3.15、3.18、3.19、3.30、3.104条术语的符号;

——对1999年版中第3.1、3.4、3.7、3.9、3.16〜3.23、3.27、3.29、3.30、3.41、3.42、3.43、3.44、3.47、

3.49、3.50、3.51、3.54、3.55、3.59、3.63、3.64、3.66、3.67、3.70、3.72、3.73、3.93、3.99、3.103、

3.105.3.111.3.112.3.113条术语的定义作了补充;

-删除了1999年版中的第3.3、3.13、3.38、3.57、3.58、3.75、3.78—3.92.3.100.3.101.3.102.

3.108.3.109.3.110.3.114—3.118.3,120共33条；

增加了112条术语和定义；

——增加了插图19幅；

-修改了附录A的结构和部分表述,其中修改后的光线与光轴夹角正负号的判定规则，与GB/T

1224—1999相反；

——将表1的内容移到附录A中。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会(SAC/TC103)归口。

本标准起草单位：贵阳新天光电科技有限公司、上海理工大学、贵州省光学测量丁程技术研究中心、

苏州一光仪器有限公司、宁波永新光学股份有限公司、南京江南永新光学有限公司、南京东利来光电实

业有限公司、宁波市教学仪器有限公司、宁波湛京光学仪器有限公司、梧州奥卡光学仪器公司、宁波舜宇

仪器有限公司、宁波华光精密仪器有限公司。

本标准主要起草人:胡清、章慧贤、卢继敏、钱克清、曾丽珠、杨广烈、李晞、王国瑞、熊守裕、张景华、

胡森虎、徐利明。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

——GB/T1224—1976.GB/T1224—19990

T

GB/T1224—2016

几何光学术语、符号

1范围

本标准规定了几何光学的基本术语，以及与几何光学成像、光学系统的光束限制、几何像差、几何光

学成像基本元件及典型光学系统等相关的术语、定义和符号。

本标准适用于光学系统设计，以及与几何光学相关的标准制定、技术文件编制、教材和各类出版物

编纂。

注：术语方括号内的词可省略；圆括号（）内的词除作为说明外，还作为可替换的词“

2基本术语

2.1

几何光学geometricaloptics

以光线作为基础概念，用几何方法研究光的传播规律和光学系统成像规律的光学学科分支。

2.2

光线rayoflight

携带光能量的几何线，其方向代表光能量的传播方向。

2.3

发光点luminouspoint

本身发光或被照明后发光的几何点，它向周围辐射光线，可以看作光线的起点。

2.4

入射’incidence

光投射到介质界面的现象。

2.5

入射光线incidentray

射到两种介质界面上的光线（例如图1的AB）；或即将进入光学系统的光线。

2.6

入身寸角angleofincidence；incidentangle

i,I

入射光线与界面入射点处法线的夹角（例如图1中的Oo

2.7

反射reflection

光入射到介质界面上被返回原介质的现象。

2.8

反射光线reflectedray

当入射光线射到两种介质的界面上时，被介质界面反射回原介质的光线（见图1中的BC）0

反射光线位于入射光线和界面入射点处法线所决定的平面内，反射光线和入射光线分别位于法线

的两侧。

1

GB/T1224—2016

说明:

AB——入射光线;FP、FK——界面;i——入射角；

BC——反射光线;MN、GH——界面的法线；i"—反射角；

BD——折射光线;"1和"2两种介质；——折射角。

DE——出射光线;S偏向角；

注：角度正、负号规则见附录A.5。

图1光线的入射、反射、折射和出射

2.9

反射角angleofreflection

i,I

反射光线与界面入射点处法线的夹角（如图1中的

反射角和入射角/的绝对值相等，符号相反。

2.10

内反射innerreflecting

对于某介质而言，入射和反射光线均位于该介质内，入射点位于该介质界面上的反射现象。

2.11

外反射outerreflecting

对于某介质而言，入射和反射光线均位于该介质外，入射点位于该介质界面上的反射现象。

2.12

折射refraction

光从一种介质进入另一种介质时,传播方向发生改变的现象。

2.13

折射光线refractedray

当入射光线射到两种均匀介质的界面上时，通过介质界面进入第二介质中的光线（如图1中的BD）O

折射光线位于入射光线和界面入射点处法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分別位于法线

的两侧。

2.14

折射率refractiveindex

n

介质的［:绝对］折射率等于真空中的光速与介质中的光速之比。

2.15

等效空气层厚度equivalentairthickness

＜：/n

光学平板的厚度或反射棱镜的展开厚度除以其材料折射率所得的厚度。

2

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2.16

折射角angleofrefraction

i',1'

折射光线与界面入射点处法线的夹角（如图1的

折射角厂的正弦与入射角f的正弦之比值，等于入射光线所在介质折射率"与折射光线所在介质

折射率"'之比值。见式（1）。

sin?'n/r、

—：~~7——（1）

sin?n

2.17

临界角criticalangle

几

光线从折射率较高的介质向折射率较低的介质入射时，折射角为90°的入射角。

2.18

全反射totalreflection

光线从折射率较高的介质向折射率较低的介质入射时，如果入射角大于临界角，光线将被界面全部

反射回原介质，不再进入折射率较低介质中的现象。

2.19

出射emergence

光从介质界面或光学系统射出的现象。

2.20

出射光线emergentray

从介质或光学系统射岀的折射光线（如图1的DE）。

2.21

透射（过）transmisson

光通过介质，并不改变其单色光成分频率的现象。

2.22

偏向角angleofdeviation,deflectionangle

8

光线通过介质出射时，出射光线与入射光线的夹角（如图1的5）。

2.23

最小偏向角minimumangleofdeviation

》min

光线通过具有两互不平行界面的介质出射时，当入射角（绝对值）等于出射角时，偏向角为最小值。

2.24

光束[light]beam,bundleofrays

具有一定关系的一些光线的集合。

2.25

同心光束homocentricbeam

一些相交于一点的光线或延长线相交于一点的光线构成的光束。

同心光束可分为发散光束，平行光束和会聚光束。能完善成像的光束应是同心光束。

2.26

发散光束divergentbeam

交点位于光线起始方的同心光束。

3

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2.27

平行光束parallelbeam

一些相互平行光线构成的光束。

注：平行光束可以被视作交点位于无限远的同心光束。

2.28

会聚光束convergentbeam

交点位于光线前进方的同心光束。

2.29

准直光束collimatedbeam

发散或会聚光束通过光学系统后，演变而成的平行光束。

2.30

细光束sharpbeam；thinpencilbeam

一些无限靠近主光线（参见4.6）的光线构成的细小光束；或孔径角（参见4.16和4.17）很小的同心

光束。

2.31

宽光束broadbeam；anglepencilofray

具有一定直径或孔径角（参见4.16和4.17）的光束。

2.32

轴上光束axialbeam

位于光学系统光轴上的物点发射出的光束。

2.33

轴外光束off-axisbeam

位于光学系统光轴以外的物点发射出的光束。

2.34

像散光束astigmaticbeam

子午光线（参见4.8）和弧矢光线（参见4.9）不会聚在同一点上的光束。

2.35

漫反射diffusereflection

光束入射到粗糙表面上，其光线向各个方向反射的现象。

2.36

漫透射diffusetransmisson

光束入射特殊结构界面（如玻璃磨砂面）后，其光线向各个方向折射的现象。

2.37

散射scattering[oflight]

光束在介质中传播时，由于介质中存在其他物质微粒，或介质本身密度不均匀，使部分光线传播方

向发生改变的现象。

3几何光学成像

3.1

光学系统opticalsystem

由一个或若干个光学零部件组成的具有光学功能的系统。也称光组。

4

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3.2

成像imageformation,imagery

物体发出的光线通过光学系统的折射和反射形成像的过程。

3.3

光学表面opticalsurface

在光学系统中，对光线起反射或折射作用的光学零部件表面。

3.4

共轴光学系统coaxialopticalaxis

各光学表面曲率中心均位于同一直线上的光学系统。

3.5

光轴opticalaxis

光学系统的对称轴线。在共轴光学系统中，是各光学表面曲率中心所在的直线。如图2中AA'

所示。

3.6

顶点vertex

()

光学表面与光轴相交的点(例如图2中的()和Ok)。

说明：

1——第一个光学表面；

k最后一个光学表面；

I——物平面；

n——物方焦平面；

皿—物方主平面；

nr—像方主平面；

『——像方焦平面；

t'——像平面。

注：线段正、负号规则见附录A.4。

图2几何光学成像示意图

3.7

共轴球面系统coaxialsphericalaxis

所有光学表面为球面或平面的共轴光学系统。

3.8

近轴区paraxialregion

光学系统中，邻近光轴周围的空间。

注：通常认为，该区域内光线与光轴夹角的止弦和正切与其角度的弧度值相差无几，可以互相代用。

GB/T1224—2016

3.9

近轴光线paraxialray

在近轴区内传播的光线。

3.10

远轴光线faraxialray

近轴区以外的光线；或邻近孔径光阑（参见4.2）边缘的光线。

3.11

物［体］object

被光学系统成像的对象（在图2中，AB为被成像的物体为物高。）。

3.12

物点objectpoint

物体上的一^点。物点被看作是理想的几何点。

3.13

物［平］面objectplane

过物点并垂直于光轴的平面（在图2中，I为物平面）。

3.14

实物realobject

当入射到光学系统的是发散光束时，相应的发散中心为实物点。例如图2所示的B点。该实物点

所在的物，为实物。

3.15

虚物virtualobject

前一光学系统的成像光束在尚未成实像（参见3.20）前，被当前光学系统所截取，则在前一光学系统

应该成实像的付置,形成当前光学系统的虚物。例如图3所示的AB。

说明：

AB虚物；

A,B,——实像。

图3虚物成实像示例

3.16

物空间objectspace

又称物方。

对于指定光学系统，所有可能成像的物点位置组成的空间。

3.17

像点imagepoint

物点经光学系统按几何光学规律在像空间形成的共辘（参见3.28）点。

3.18

像image

物体上各点经光学系统成像后的像点的集合。

6

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3.19

像［平］面imageplane

过像点并垂直于光轴的平面（在图2中，I'为像平面）。

3.20

实像realimage

当出射光束会聚时，由光束直接会聚而成的像（见图2中的A'B'像）。

注：实像能被一个表面截获。

3.21

虚像virtualimage

当出射光束发散时,其出射光线的反向延长线相交而成的像。例如图4所示的A'B'像。

注：虚像不能被一个表面截获，但能被人眼接收，或被另一个会聚系统转换成实像。

说明：

AB——实物；

A'B'虚像。

图4实物成虚像示例

3.22

正像erectingimage

与物体的上下、左右方向一致的像。

3.23

倒像invertedimage

与物体的上下、左右方向相反的像。

3.24

镜像mirrorimage

物体经一个平面反射，形成的像，像与物对称于该平面。

3.25

转像imagerotation

借助光学元件，使像相对于物的方向产生旋转。

3.26

像空间imagespace

又称像方。

对于指定光学系统，像点（可以是实像，也可以是虚像）所有可能位置组成的空间。

3.27

光学空间opticalspace

物空间、像空间和光学系统所占空间的总称。

7

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3.28

共辄conjugate

在光学系统的物空间和像空间中，物和像及其相关的几何元素或几何量互成唯一对应的关系。

注：在图2中，带上标的符号与未带上标的相同符号（F和F'除外）所代表的几何元索和几何量共觇。

3.29

完善成像perfectimaging

自物体上每一个物点发出的同心光束，经光学系统之后都能以同心光束会聚成像点（例如图5a）,

称完善成像。

a）完善成像b）一种不完善成像

说明：

A——物点;

A'、A；、A；、A］、像点。

图5完善成像和不完善成像

3.30

理想光学系统perfectopticalsystem

物空间和像空间的点、线、面有严格的共觇一一对应关系，能完善成像的光学系统。

3.31

高斯光学系统Gaussopticssystem

把光学系统在近轴区完善成像的理论推广到任意宽空间内的物点以任意宽的光束，都能完善成像

的理想光学系统。

注：通常可把该系统的像面和像点称之为高斯像面和高斯像点。

3.32

焦点focalpoint；focus

F,F‘

平行于光轴的光线经光学系统后，光线与光轴的交点。

3.33

实焦点realfocalpoint；realfocal

平行于光轴的光线经光学系统会聚后,所形成的焦点（例如图2中的F,F'）。

3.34

虚焦点virtualfocalpoint；virtualfocal

平行于光轴的光线经光学系统后发散，发散光线的反向延长线相交所形成的焦点（例如图4中

的F'）。

3.35

物方焦点objectfocalpoint；objectfocus

F

光学系统在物空间的焦点（例如图2中的F）。它是无限远轴上像点的共辘点。又称前焦点。

8

GB/T1224—2016

3.36

像方焦点imagefocalpoint；imagefocus

F，

光学系统在像空间的焦点（例如图2中的F'）。它是无限远轴上物点的共辘点。又称后焦点。

3.37

焦［平］面focalplanes

通过焦点并垂直于光轴的平面。过F和F'点的焦平面，分別称为物方焦平面和像方焦平面（例如

图2中的平面n和平面u'）,也称前焦面和后焦面。

3.38

物方截距objectintersectiondistance

L

以光学系统第一个光学表面顶点为原点，到轴上物点之间的距离（例如图2中的厂）。

3.39

像方截距imageintersectiondistance

L'

以光学系统最后一个光学表面顶点为原点，到轴上像点之间的距离（例如图2中的L'）o

3.40

物方顶焦距objectvertexfocaldistance；frontfocaldistance

仃

以光学系统第一个光学表面顶点为原点，到系统物方焦点的距离（例如图2中的一山）。

3.41

像方顶焦距imagevertexfocaldistance；backfocaldistance

以光学系统最后一个光学表面顶点为原点，到系统像方焦点的距离（例如图2中的八）。

3.42

物方焦距objectfocaldistance

f

又称前焦距。

以光学系统物方主点（参见3.58）为原点，到系统物方焦点的距离（例如图2中的f）o

3.43

像方焦距imagefocaldistance

又称后焦距。

以光学系统像方主点（参见3.58）为原点，到系统像方焦点的距离（例如图2中的厂）。

3.44

焦物距focus-objectdistance

X

以光学系统物方焦点为原点，到轴上物点的距离（例如图2中的、r）。

3.45

焦像距focus-imagedistance

I

X

以光学系统像方焦点为原点，到轴上像点的距离（例如图2中的*）。

9

GB/T1224—2016

3.46

物距objectdistance

I

以物方主点为原点，到轴上物点的距离（见图2中的/）。

3.47

像距imagedistance

I'

以像方主点为原点，到轴上像点的距离（见图2中的/

3.48

共辄点距离conjugatepointsdistance

轴上物点到对应像点之间的距离；简称共辘距。

3.49

物方「光线］倾斜角objectangleofinclination；inclinationangleofobjectspace

w,U

入射光线与光轴的夹角（例如图7中的r）。

3.50

像方［光线」倾斜角imageangleofinclination；inclinationangleofimagespace

u',U'

出射光线与光轴的夹角（例如图7中的一/）。

3.51

角放大率angularmagnification

y

通过轴上像点的共辄光线与光轴夹角的正切和通过物点的光线与光轴夹角的正切之比值。见式（2）。

tann

式中：

y——角放大率；

”——通过轴上物点的光线与光轴夹角（参见图7）；

U——通过轴上像点的共辄光线与光轴夹角（参见图7）。

3.52

轴向放大率axialmagnification

a

当物沿光轴移动一小段距离时，引起像相应移动一小段距离（参见图6）,像和物移动距离之比，为

轴向放大率。见式（3）。

说明：

a轴向放大率；

dx——物沿光轴移动的距离;

ax'——像沿光轴移动的距离。

图6物和像的轴向位移

10

GB/T1224—2016

3.53

横向放大率lateralmagnification

又称垂轴放大率。

光学系统成像时，像高与物高之比。见式（4）。

式中：

B横向放大率；

y'像高（参见图2）；

y物高（参见图2）o

3.54

拉赫不变量LagrangeHelmholtzinvariant

拉氏不变量

拉格朗日-赫姆霍兹不变量

光学不变量

J

在理想光学系统的一对物、像共辘平面上的物高、物方介质折射率、物方光线倾斜角三者的乘积与

像高、像方介质折射率、像方光线倾斜角（参见图7）三者的乘积相等,且是一个常量，该常量称拉赫不变

量。其关系式以式（5）表示，该式也称拉赫不变式或拉赫公式。

说明：

J拉赫不变量；

»物方介质折射率；

U物方光线倾斜角；

V物高；

n像方介质折射率；

u——像方光线倾斜角；

——像高。

图7拉赫不变量的相关参量

3.55

视角visualangle

人眼对被观察目标（物体或像）两端的张角。例如图8中的2』为人眼用放大镜观察像的视角。

3.56

视［觉］放大率magnifyingpower；absolutemagnification

r

又称放大倍数或放大倍率。

对同一目标，通过光学系统观察的半视角（图8中的2』的一半）的正切和用人眼直接观察的半视

角的正切之比。

11

GB/T1224—2016

说明：

P——人眼瞳孔；

2<wz视角；

AB——物；

A'B'——像。

图8人眼用放大镜观察像的视角

3.57

主［平］面principalplanes

光学系统中，横向放大率为+的一对共辘平面（例如图2中的in和nr平面）。在物空间的主平面

称为物方主平面，在像空间的主平面称为像方主平面。

3.58

主点principalpoints

H,H/

主平面与光轴的交点（例如图2中的物空间的主点称为物方主点，以H表示;像空间的主

点称为像方主点，以H'表示。

3.59

节点nodalpoints

J,J'

光轴上角放大率为+1的一对共辘点（例如图9中的J、J'）。在物空间的称物方节点或前节点，以J

表示;在像空间的称像方节点或后节点，以J'表示。如果物空间和像空间的光学介质相同，则对应的主

点和节点重合。

3.60

基点cardinalpoints,Gausspoints

又称高斯点。

光学系统的两个主点、两个节点和两个焦点的总称。

3.61

基面cardinalplanes,Gaussplanes

又称高斯面。

12

GB/T1224—2016

过基点并与光轴垂直的平面。包括两个主面，两个节面和两个焦面。

3.62

光学间距opticalinterval

△

自光学系统的前一系统像方焦点到后一系统物方焦点的距离。

3.63

顶点间距vertexinterval

d

前一折（反）射面顶点到相邻的后一折（反）射面顶点的距离。

3.64

主点间距principalpointsinterval

<7

自光学系统的前一系统的像方主点到后一系统物方主点的距离。

3.65

光路raypath

光学系统中，光线所遵循的路径。

3.66

光线追迹raytracing

在运用几何光学进行光学系统设计时,选取若干具有代表性的光线，自物点开始，追踪其在光学系

统中传播的轨迹。当光线到达介质界面时，计算因折射或反射导致光线倾斜角的变化和到达下一界面

的高度变化，直至到达像点。该过程，称为光线追迹。

3.67

光焦度focalpower

光学系统对光线会聚或发散的能力。其值为像方介质折射率与对应像方焦距之比值，以屈光度为

单位。见式（6）。

/

①=（6）

式中：

①——光焦度；

/——像方介质折射率；

F——像方焦距，单位为米（m）。

3.68

「几何］焦深depthoffocus

物平面固定时，能获得清晰像所容许的像平面沿光轴移动的距离。

3.69

工作距离workingdistance

W.D

物面到光学系统距离物面最近的光学零件表面的轴向距离（含光阑面，盖玻片除外）。

3.70

景深depthoffield

△/

能在像面上获得清晰像的物空间深度。

13

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3.71

分辨力resolution

a,（J,N

显示物体或像的细节的能力。

分辨力可以以下方法来度量：

a）以刚能被分辨的两物点对入瞳中心的张角a来度量；

b）以刚能被分辨的两物点的距离0来度量；

c）以刚能分辨出物面上1mm内的线对数N来度量。

3.72

眼点eyepoint

目视系统视场边缘光束的主光线在目镜像方与光轴的交点。

3.73

视度diopter

SD

目视仪器目镜出射光束的会聚或发散程度。其值等于眼点到轴上光线会聚点距离Ls的倒数，以屈

光度为单位，如式（7）所示。光线会聚时丄s为正值,SD也为正；光线发散时丄s为负值,SD也为负。

SD=亠（7）

LS

式中：

SD视度；

Ls一一眼点到轴上光线会聚点距离，单位为米（m）。

3.74

屈光度diopter

D

光焦度和视度的单位名称Xlm）-1等于1屈光度（1D）O

3.75

视差parallax

由于参考目标与像面不共面，所造成的从不同方向观察时，参考目标与像产生相对位移的现象。

表征视差可以用参考目标与像的视度之差△SD,或用参考目标与像产生的最大相对位移量所对应

的视场角€度量。

3.76

明视距离distanceofdistinctvision；referenceviewingdistance

健康的人眼，在良好照明条件下，能清晰、舒适地观察到物体时，物体到眼角膜顶点的距离。国际上

公认人眼的明视距离为250mm0

4光学系统的光束限制

4.1

光阑diaphragm；stop

垂直于光轴，并能对通过光线起限制作用的通光孔。

4.2

孔径光阑aperturestop

用于限制轴上物点成像光束直径大小的光阑。简称孔阑。例如图10中的QQ,

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GB/T1224—2016

4.3

入瞳entrancepupil

D

孔径光阑被其前面光学系统在物空间所成的像。例如图10中的P|P2。

4.4

出瞳exitpupil

D'

孔径光阑被其后面光学系统在像空间所成的像。例如图10中的P'lP‘2。

说明：

QQz孔径光阑；

PtP2——入瞳；

P'lP‘2出瞳。

图10孔径光阑、入瞳和出瞳示例

4.5

出瞳距离exitpupildistance

自光学系统最后一面顶点到出瞳平面与光轴交点的距离，简称出瞳距。

目视光学系统的出瞳距离也被称为眼点距离或眼点高度。

4.6

主光线principalray,chiefray

对于宽光束，指光束中通过孔径光阑中心的光线（例如图11中的BB'）；对于细光束，指光束的中心

光线（例如图17中的A）o

4.7

边［缘］光线marginalray

物点发出的光束中，通过入瞳边缘的光线，为该光束的边［缘］光线。

4.8

子午面meridianplane,tangentialplane

T

轴外点主光线和光轴所构成的平面（见图11中的T）o

4.9

弧矢面sagittalplane

S

与子午面垂直并通过主光线的平面（见图11中的S）。

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说