如圖2所示，O1和Ok兩點(diǎn)分別是理想光學(xué)系統(tǒng)第一面和最后一面的頂點(diǎn)，F(xiàn)O1OkF′為光軸。物空間的一條平行于光軸的直線AE1經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)折射后，其折射光線GkF′交光軸于F′點(diǎn)，另一條物方光線FO1與光軸重合，其折射光線OkF′無折射地仍沿光軸方向射出。由于像方GkF′、OkF′分別與物方AE1、FO1相共軛，因此，交點(diǎn)F′為AE1和FO1交點(diǎn)（位于物方無窮遠(yuǎn)的光軸上）的共軛點(diǎn)，所以F′是物方無窮遠(yuǎn)軸上點(diǎn)的像，所有其它平行于光軸的入射光線均會聚于點(diǎn)F′，點(diǎn)F′稱為光學(xué)系統(tǒng)的像方焦點(diǎn)（或稱后焦點(diǎn)、第二焦點(diǎn)）。顯然，像方焦點(diǎn)是物方無限遠(yuǎn)軸上點(diǎn)的共軛點(diǎn)。

同理，點(diǎn)F稱為光學(xué)系統(tǒng)的物方焦點(diǎn)（或稱前焦點(diǎn)、第一焦點(diǎn)），它與像方無窮遠(yuǎn)軸上點(diǎn)相共軛。任意一條過F點(diǎn)的入射光線經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)折射后，出射光線必平行于光軸。通過像方焦點(diǎn)F′且垂直于光軸的平面，稱為像方焦平面（像方焦面）；通過物方焦點(diǎn)F且垂直于光軸的平面，稱為物方焦平面（物方焦面）。顯然，像方焦平面的共軛面在無窮遠(yuǎn)處，像方焦平面上任何一個物點(diǎn)發(fā)出的光束，經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)出射后必為一平行光束；同樣，物方焦平面的共軛面也在無窮遠(yuǎn)處，任何一束入射的平行光，經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)折射后，必會聚于像方焦平面上的某一點(diǎn)。必須指出，焦點(diǎn)和焦面是理想光學(xué)系統(tǒng)的一對特殊的點(diǎn)和面。物方焦點(diǎn)F和像方焦點(diǎn)F′彼此之間不共軛，同樣，物方焦平面和像方焦平面也不共軛。

圖3

如圖3所示，延長入射光線AE1和出射光線GkF′，得到交點(diǎn)Q′；同樣，延長入射光線BEk和G1F，可得交點(diǎn)Q。設(shè)光線AE1和BEk的入射高度相同，且都在子午面內(nèi)。顯然點(diǎn)Q和點(diǎn)Q′是一對共軛點(diǎn)。點(diǎn)Q是光線AE1和FQ交成的“虛物點(diǎn)”；點(diǎn)Q′是光線BEk和GkF′交成的“虛像點(diǎn)”。過點(diǎn)Q和點(diǎn)Q′作垂直于光軸的平面QH和Q′H′，則這兩個平面亦相互共軛。由圖3可知，位于這兩個平面內(nèi)的共軛線段QH和Q′H′具有相同的高度，且位于光軸的同一側(cè)，故其垂軸放大率β =+1。我們稱垂軸放大率為+1的這一對共軛面為主平面，其中的QH稱為物方主平面（或前主面、第一主面），Q′H′稱為像方主平面（或后主面、第二主面）。物方主平面QH與光軸的交點(diǎn)H稱為物方主點(diǎn)，像方主平面Q′H′與光軸的交點(diǎn)H′稱為像方主點(diǎn)。

主點(diǎn)和主平面也是理想光學(xué)系統(tǒng)的一對特殊的點(diǎn)和面。物方主平面和像方主平面、物方主點(diǎn)和像方主點(diǎn)，它們彼此之間是共軛的。

自物方主點(diǎn)H到物方焦點(diǎn)F的距離稱為物方焦距（或前焦距、第一焦距），用f表示；自像方主點(diǎn)H′到像方焦點(diǎn)F′的距離稱為像方焦距（或后焦距、第二焦距），用f′表示。焦距的正、負(fù)是以相應(yīng)的主點(diǎn)為原點(diǎn)來確定的。若由主點(diǎn)到相應(yīng)焦點(diǎn)的方向與光線傳播方向相同，則焦距為正；反之為負(fù)。圖3上中所示的情況為f<0，f′>0。

由△FQH和△F′Q′H′得到物方焦距和像方焦距的表達(dá)式為

圖4