Kardinalpunkter

Kardinalpunkter är en uppsättning referenspunkter som kännetecknar ett paraxialt optiskt system. De beskriver hur objekt och ljusriktningar omvandlas till bildpunkter och utgående riktningar i den tunna- eller paraxylariska approximationen. Begreppet används främst inom geometrisk optik och linsdesign för att förenkla beräkningar av bildplacering och storhet hos system som består av flera linsdelar.

De fyra kardinalpunkterna är frontalt fokalpunkt F1, bakfokalpunkt F2 samt front- och baknodalpunkt N1 respektive N2. Frontfokalpunkten F1 är den punkt på axeln i objektutrymmet från vilken strålar som lämnar F1 och passerar genom systemet kommer ut som parallella med axeln. Bakfokalpunkten F2 är den punkt på axeln i bildutrymmet till vilken strålar som kommer in parallella med axeln konvergerar efter systemet. Nodalpunkterna N1 och N2 har egenskapen att en stråle som riktas mot N1 lämnar systemet med samma vinkel i förhållande till axeln som den hade när den kom in, men längs en annan bana som passerar genom N2. För system i luft ligger N1 och N2 på axeln och fritter avståndet mellan dem kallas ofta det optiska längden.

Användningen av kardinalpunkterna gör det möjligt att teoretiskt och numeriskt förutsäga hur objekt av olika avstånd projiceras till bilder, samt hur vinklar på inkommande strålar förvrängs eller bevaras. I praktiken används de vid snabb ray-tracing, optisk designing av kvalitetslinser, mikroskop och teleskop, samt i beräkningar av effektiv brännvidd och för tydliga linssammansättningar.

Kardinalpunkter är ett grundläggande begrepp inom geometrisk optik och motsvarar i många sammanhang svenska termer som fokus-, nodal- och paraxialpunkter.