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光轴(英語:optical axis)是光學系統(如照相机镜头、显微镜、望远镜、眼球屈光系统)中一條假想的線,定義(在一次近似下)光學系統如何傳導光線,此假想线是具有一定旋转对称性[1][2]的直线。光線若和光轴重合,在光學系統中光將沿光轴傳遞。
若此光學系統“完全”旋轉對稱(相機鏡頭、顯微鏡),光轴就是光學系統的旋轉中心。若光學系統是由簡單的透鏡和反射鏡組成,光轴會通過各鏡面的曲率中心(如焦點),與旋轉對稱軸重合。光轴一般會和系統的力學中心重合,但也有例外,例如離軸光學系統。
若光線和光轴角度很小,而光線接近光學系統的軸,可以用幾何光學中的近軸近似來處理,可以簡化數學的運算。
在光纖中,光轴會和纤维芯重合,也稱為光纖軸。
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