一對(duì)主點(diǎn)和一對(duì)焦點(diǎn)構(gòu)成了光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)，一對(duì)主面和一對(duì)焦面構(gòu)成了光學(xué)系統(tǒng)的基面，它們構(gòu)成了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的基本模（如圖4所示）型。對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)，不管其結(jié)構(gòu)（r，d，n）如何，只要知道其焦距值和焦點(diǎn)或主點(diǎn)的位置，其性質(zhì)就確定了。 [2] 

物像關(guān)系式

已知一理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)、基面位置，當(dāng)物體的位置和大小一定時(shí)，即可用解析法求出像的位置和大小。為了導(dǎo)出有關(guān)的物像位置公式，先要確定物像的有關(guān)參數(shù)。

牛頓公式

圖5

如圖5，大小為y的物體AB經(jīng)理想光學(xué)系統(tǒng)后，其像A′B′的大小為y′。系統(tǒng)中F、F′、H、H′的位置均為已知。

牛頓公式中物體AB的物距x是以物方焦點(diǎn)F為原點(diǎn)，物距x的正負(fù)號(hào)按以下規(guī)則判定：若由物方焦點(diǎn)F到物點(diǎn)A的方向與光線傳播方向一致，則物距x為正；反之為負(fù)。圖5中的物距x為負(fù)。同樣，像距x′是以像方焦點(diǎn)F′為原點(diǎn)至像點(diǎn)A′，若與光線的傳播方向一致，則像距為正，反之為負(fù)。圖5中的像距x′為正。

由相似△BAF和△RHF可得

同樣，在△Q′H′F′和△B′A′F′中有

由此可得

這就是以焦點(diǎn)為原點(diǎn)的物像位置公式，稱為牛頓公式。

高斯公式

高斯公式的物像位置是相對(duì)于理想光學(xué)系統(tǒng)的主點(diǎn)來確定的。如圖5所示，以表示物點(diǎn)A到物方主點(diǎn)H的距離，以表示像點(diǎn)A′到像方主點(diǎn)H′的距離。方向規(guī)定以主點(diǎn)為原點(diǎn)，如果由H到A或由H′到A′的方向與光線的傳播方向一致，則為正；反之為負(fù)。由圖5可得

代入牛頓公式整理得

兩邊同時(shí)除以，有

這就是以主點(diǎn)為原點(diǎn)的物像位置公式，稱為高斯公式。