运用费马原理推导出同光轴平行光束经反射和折射后完美汇聚在一点时，反射和折射界面需满足的条件。通过旋转抛物面反射、旋转椭球面折射与球面反射和球面折射的对比，得到近轴光线条件下光学元件的成像规律，并使用ZEMAX软件进行了模拟，得到了上述各光学元件的模拟光路图。运用费马原理推导出了主轴外物点在非近轴近似条件下，球面反射、球面折射、厚透镜的物像方程。该方程表明：只有近轴物在近轴光线条件下，才能得到唯一确定的像点，即近轴近似是理想成像充要条件的结论。
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