光線圖

怎樣才能不用任何代數，就搞清楚一片透鏡或鏡子會把像放在哪裡、是大是小、正立還是倒立？你畫一張光線圖：一張簡單的示意圖，追蹤幾條精選的光線從物體出發、穿過透鏡或從鏡面反射，看它們在哪裡相會。它回答的問題是：我能不能直接把光畫出來，然後讀出答案？可以，你辦得到。

訣竅在於，雖然物體上每一點都射出無數條光線，但其中有少數幾條遵循的規則簡單到你能用尺畫出來。對匯聚透鏡，三條主要光線是：一條平行於軸的光線，折彎後通過遠側焦點；一條通過透鏡中心的光線，直直穿過不偏折；一條通過近側焦點的光線，射出後平行於軸。這些光線中任兩條相交之處，就是那一點成像的位置。對鏡子，規則是同一想法的鏡面版本。若光線真的相交，你得到實像（可投在屏幕上）；若它們只有在往後延長成虛線時才相交，你得到虛像。這張圖與薄透鏡或鏡面公式完全吻合，也一眼就顯示出放大率。

光線圖是光學最初教學的方式，也是設計者在任何計算之前推想相機、望遠鏡與眼鏡的方法。一個誠實的提醒：它們假設薄透鏡（或小鏡子）的理想化、光線靠近軸，所以能抓住像的位置、大小與方向，卻抓不到像差之類的細微缺陷。兩條準確畫出的主要光線就足以定出像的位置；第三條是個方便的檢查，用來確認前兩條畫對了。