幾何光學(xué)是光學(xué)學(xué)科中以光線為基礎(chǔ)，研究光的傳播和成像規(guī)律的一個重要的實用性分支學(xué)科。在幾何光學(xué)中，把組成物體的物點看作是幾何點，把它所發(fā)出的光束看作是無數(shù)幾何光線的集合，光線的方向代表光能的傳播方向。在此假設(shè)下，根據(jù)光線的傳播規(guī)律，在研究物體被透鏡或其他光學(xué)元件成像的過程，以及設(shè)計光學(xué)儀器的光學(xué)系統(tǒng)等方面都顯得十分方便和實用。
{TX fi'\ 但實際上，上述光線的概念與光的波動性質(zhì)相違背，因為無論從能量的觀點，還是從光的衍射現(xiàn)象來看，這種幾何光線都是不可能存在的。所以，幾何光學(xué)只是波動光學(xué)的近似，是當(dāng)光波的波長很小時的極限情況。作此近似后，幾何光學(xué)就可以不涉及光的物理本性，而能以其簡便的方法解決光學(xué)儀器中的光學(xué)技術(shù)問題。
+'/C(5y)0X 光線的傳播遵循三條基本定律：光線的直線傳播定律，既光在均勻媒質(zhì)中沿直線方向傳播；光的獨立傳播定律，既兩束光在傳播途中相遇時互不干擾，仍按各自的途徑繼續(xù)傳播，而當(dāng)兩束光會聚于同一點時，在該點上的光能量是簡單的相加；反射定律和折射定律，既光在傳播途中遇到兩種不同媒質(zhì)的光滑分界面時，一部分反射另一部分折射，反射光線和折射光線的傳播方向分別由反射定律和折射定律決定。
!^'6&N R#K 基于上述光線傳播的基本定律，可以計出光線在光學(xué)系統(tǒng)中的傳播路徑。這種計算過程稱為光線追跡，是設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時必須進行的工作。
Ot+Z}Z- 幾何光學(xué)中研究和討論光學(xué)系統(tǒng)理想成像性質(zhì)的分支稱為高斯光學(xué)，或稱近軸光學(xué)。它通常只討論對某一軸線(即光軸)具有旋轉(zhuǎn)對稱性的光學(xué)系統(tǒng)。如果從物點發(fā)出的所有光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)以后都交于同一點，則稱此點是物點的完善像。
e sM r @Oc 如果物點在垂軸平面上移動時，其完善像點也在垂軸平面上作線性移動，則此光學(xué)系統(tǒng)成像是理想的�？梢宰C明，非常靠近光軸的細小物體，其每個物點都以很細的、很靠近光軸的單色光束被光學(xué)系統(tǒng)成像時，像是完善的。這表明，任何實際的光學(xué)系統(tǒng)(包括單個球面、單個透鏡)的近軸區(qū)都具有理想成像的性質(zhì)。
] JR2Av 為便于一般地了解光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)和規(guī)律，在研究近軸區(qū)成像規(guī)律的基礎(chǔ)上建立起被稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)模型。這個模型完全撇開具體的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，僅以幾對基本點的位置以及一對基本量的大小來表征。
y?V^S;}&] 根據(jù)基本點的性質(zhì)能方便地導(dǎo)出成像公式，從而可以了解任意位置的物體被此模型成像時，像的位置、大小、正倒和虛實等各種成像特性和規(guī)律。反過來也可以根據(jù)成像要求求得相應(yīng)的光學(xué)模型。任何具體的光學(xué)系統(tǒng)都能與一個等效模型相對應(yīng)，對于不同的系統(tǒng)，模型的差別僅在于基本點位置和焦距大小有所不同而已。
'g tcy 高斯光學(xué)的理論是進行光學(xué)系統(tǒng)的整體分析和計算有關(guān)光學(xué)參量的必要基礎(chǔ)。
|%oI,d=ycv 利用光學(xué)系統(tǒng)的近軸區(qū)可以獲得完善成像，但沒有什么實用價值。因為近軸區(qū)只有很小的孔徑(即成像光束的孔徑角)和很小的視場(即成像范圍)，而光學(xué)系統(tǒng)的功能，包括對物體細節(jié)的分辨能力、對光能量的傳遞能力以及傳遞光學(xué)信息的多少等，正好是被這兩個因素所決定的。要使光學(xué)系統(tǒng)有良好的功能，其孔徑和視場要遠比近軸區(qū)所限定的為大。
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