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Unter den Hauptebenen eines optischen Systems versteht man den äquivalenten Ort der Brechung von Lichtstrahlen, die achsparallel in das System einfallen.

Wenn ein Strahl im Objektraum, d. h. vor dem System, parallel zur optischen Achse ist, dann wird er scheinbar an der bildseitigen Hauptebene gebrochen und geht von dort im Bildraum durch den bildseitigen Brennpunkt (blauer Strahl im Bild). Entsprechend wird ein Strahl, der durch den objektseitigen Brennpunkt geht, scheinbar an der objektseitigen Hauptebene gebrochen und ist im Bildraum achsparallel (oranger Strahl). Dies gilt genau genommen nur in der paraxialen Optik, d. h. wenn der Achsabstand der Strahlen gegen Null geht, denn sonst werden die Verhältnisse von der sphärischen Aberration verfälscht. Entsprechend kann die Brechung beliebiger Strahlen beim Durchgang durch das System durch die Brechung an dessen Hauptebenen dargestellt werden. Ein Strahl im Objektraum geht zur objektseitigen Hauptebene, von dort achsparallel zur bildseitigen Hauptebene, und von dort im Bildraum weiter, und entsprechend umgekehrt.

Bei einer dünnen Linse oder einem Spiegel fallen die beiden Hauptebenen zusammen und befinden sich am Ort der Linse bzw. des Spiegels. Bei einer dicken Linse und Systemen aus mehreren Linsen oder Spiegeln sind die Hauptebenen im Allgemeinen an verschiedenen Positionen (wie im Bild). Sie können ausnahmsweise auch zusammenfallen, und die bildseitige kann auch vor der objektseitigen Hauptebene liegen.

Afokale Systeme haben keine Hauptebenen bzw. diese liegen im Unendlichen.

Die Schnittpunkte der Hauptebenen mit der optischen Achse sind die Hauptpunkte, die mit H (objektseitiger) und H' (bildseitiger Hauptpunkt) bezeichnet werden. Wenn die Brechzahlen der Medien vor der ersten und nach der letzten Fläche des Systems gleich sind, dann fallen die Knotenpunkte K, K' mit den entsprechenden Hauptpunkten zusammen. Ein Strahl, der im Objektraum auf K zielt, geht im Bildraum, also nach dem Durchgang durch das System, von K' aus, wobei Objekt- und Bildraumstrahl parallel sind.

Siehe auch: Linsengleichung

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