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硬度計的光學系統的作用之一是對物體成像。

硬度計的光學系統由一系列光學元件所組成的，常見的光學零件有：透鏡、棱鏡、平行平板和反射鏡等。每個光學元件都是由一定折射率介質的球面、平面或非球面均為球面，則稱為球面光學系統。各球面球心位于一條直線上的球面光學系統，稱為共軸球面光學系統。連接各球心的直線稱為光軸，光軸與球面的交點稱為頂點。相應地，也有非共軸光學系統。由于大多數光學系統都是共軸光學系統，所以我們討論的重點是共軸光學系統。

一個被照明的物體（或自發光的物體）總可以看成由無數多個發光點或物點組成，每一個物點發出一個球面波。與之對應的是一束以該物點為中心的同心光束。如果該球面波經過光學系統后仍為球面波，那么對應的光束仍為同心光束，則稱該同心光束的中心為物體經過光學系統所成的完善像點。物體上每個點經光學系統所成的完善像點的集合就是該物體經過光學系統后的完善像。