定义
符合点对应点，直线对应直线，平面对应平面的像称为理想像，能够成理想像的光学系统则定义为理想光学系统。
理想光学系统的成像性质
光轴上的物点对应的像点必然位于光轴上；过光轴的某一截面内的物点对应的像点必位于该平面对应的像面内；过光轴的任意截面成像性质都相同；垂直于光轴的物平面，对应像平面也必然垂直于光轴；当物平面垂直于光轴时，像与物完全相似。
理想成像的条件是等光程，即物点和像点将的所有光线的光程都相等。
理想光学系统的符号规定
为了使公式普遍适用于各种情况，必须规定一套符号规则。符号规则直接影响公式的形式。
线段：由左向右为正，由下向上为正，反之为负。规定线段的计算起点：
、
—由球面顶点算起到光线与光轴的交点； 
、
—以H为起点，计算到
、
，由左向右为正；位于光轴上方的
、
为正，反之为负。
角度：一律以锐角度量，顺时针转为正，逆时针转为负。角度也要规定起始轴：
、
—由光轴起转到光线。
图 1 理想光学系统的符号规定示意
理想光学系统的放大率
垂轴放大率β：垂轴放大率代表共轭面像高和物高之比。
轴向放大率α：当物平面沿着光轴移动微小的距离时，像平面相应地移动距离
，比例
称为光学系统的轴向放大率。
角放大率γ ：角放大率是共轭面上的轴上点A发出的光线通过光学系统后，与光轴的夹角
的正切和对应的入射光线与光轴所成的夹角
的正切之比：
放大率之间的关系：
当物像空间折射率相等时可得：
，且
角放大率只和
有关，因此其大小仅取决于共轭面的位置，而与光线的会聚角无关。放大率为1的共轭面叫主平面。
理想光学系统的物像关系
物像关系的基本性质：
平行于光轴入射的光线，经过系统后过像方焦点；过物方焦点的光线，经过系统后平行于光轴；倾斜于光轴入射的平行光束，经过系统后会交于像方焦平面上的一点；自物方焦平面上一点发出的光束，经过系统后成倾斜于光轴的平行光束。
图 2 理想光学系统的物像关系
牛顿公式：物像位置相对于光学系统的焦点来确定。
为物方焦点
到物点
的距离：
垂轴放大率：
高斯公式：物像位置相对于光学系统的主点来确定， 为物方主点H到物点 的距离：
垂轴放大率：
当物像方介质相同时有：
双透镜组成的理想光学系统
图 3 双透镜组成的光学系统
图3中
为
到
的距离，
表示由
到
的距离，组合光学系统的焦距为
，可得
。当处于同一介质时有
，通常用
表示像方焦距的倒数，
，称为光焦度。这样，上式可写成
物像空间不变式
物像空间的不变式为拉格朗日-亥姆霍兹不变式（拉赫不变量），代表实际光学系统在近轴范围内成像的一种普遍特性，其物理意义是同一光学系统物像方遵循能量守恒，定义
为拉赫不变量。
参考来源
[1] 郁道银,谈恒英.工程光学[M].北京:机械工业出版社,2011:14-32.
[2] 李林，黄一帆. 应用光学[M]. 北京：北京理工大学出版社，2017
参阅：显微物镜、光阑
