所謂光學系統設計就是根據使用條件，來決定滿足使用要求的各種數據，即決定光學系統的性能參數、外形尺寸和各光組的結構等。因此我們可以把光學設計過程分為4 個階段：外形尺寸計算、初始結構計算、象差校正和平衡以及象質評價。
一、外形尺寸計算
在這個階段裡要設計擬定出光學系統原理圖，確定基本光學特性，使滿足給定的技術要求，即確定放大倍率或焦距、線視場或角視視場、數值孔徑或相對孔徑、共軛距、後工作距離光闌位置和外形尺寸等。因此，常把這個階段稱為外形尺寸計算。一般都按理想光學系統的理論和計算公式進行外形尺寸計算。在計算時一定要考慮機械結構和電氣系統，以防止在機構結構上無法實現。每項
性能的確定一定要合理，過高要求會使設計結果複雜造成浪費，過低要求會使設計不符合要求，因此這一步驟慎重行事。
二、初始結構的計算和選擇、初始結構的確定常用以下兩種方法：
1.根據初級象差理論求解初始結構這種求解初始結構的方法就是根據外形尺寸計算得到的基本特性，利用初級象差理論來求解滿足成象質量要求的初始結構。
2.從已有的資料中選擇初始結構
這是一種比較實用又容易獲得成功的方法。因此它被很多光學設計者廣泛採用。但其要求設計者對光學理論有深刻了解，並有豐富的設計經驗，只有這樣才能從類型繁多的結構中挑選出簡單而又合乎要求的初始結構。初始結構的選擇是透鏡設計的基礎，選型是否合適關係到以後的設計是否成功。一個不好的初始結構，再好的自動設計程序和有經驗的設計者也無法使設計獲得成功。
三、象差校正和平衡
初始結構選好後，要在計算機上用光學計算程序進行光路計算，算出全部象差及各種象差曲線。從象差數據分析就可以找出主要是哪些象差影響光學系統的成象質量，從而找出改進的辦法，開始進行象差校正。象差分析及平衡是一個反覆進行的過程，直到滿足成象質量要求為止。
四、象質評價
光學系統的成象質量與象差的大小有關，光學設計的目的就是要對光學系統的象差給予校正。但是任何光學系統都不可能也沒有必要把所有象差都校正到零，必然有剩餘象差的存在，剩餘象差大小不同，成象質量也就不同。因此光學設計者必須對各種光學系統的剩餘象差的允許值和象差公差有所了解，以便根據剩餘象差的大小判斷光學系統的成象質量。評價光學系統的成象質量的方法很多，下面簡單介紹一下象質評價的方法。
1.瑞利判斷
實際波面與理想波面之間的最大波象差不超過1/4 波長。其是一種較為嚴格的象質評價方法，適用於小象差系統如：望遠鏡、顯微物鏡等。
2.解析度
解析度是反映光學系統分辨物體細節的能力。當一個點的衍射圖中心與另一個點的衍射圖的第一暗環重合時，正好是這兩個點剛能分開的界限。
3.點列圖
由一點發出的許多光線經光學系統以後，由於象差，使其與象面的交點不現集中於同一點，而形成一個分布在一定範圍內的彌散圖形，稱之為點列圖。通常用集中30%以上的點或光線的圓形區域為其實際有效的彌散斑，它的直徑的倒數，為系統能分辨的條數。其一般用於評價大象差系統。
4.光學傳遞函數
此方法是基於把物體看作是由各種頻率的譜組成的，也就是將物的亮度分布函數展開為傅立葉級數或傅立葉積分。把光學系統看作是線性不變系統，這樣，物體經光學系統成象，可視為不同頻率的一系列正弦分布線性系統的傳遞。傳遞的特點是頻率不變，但對比度下有所下降，相位發生推移，並截止於某一頻率。對比度的降低和位相的推移隨頻率而異，它們之間的函數關係稱為光學傳遞函數。由於光學傳遞函數與象差有關，故可用來評價光學系統成象質量。它具有客觀、可靠的優點，並且便於計算和測量，它不僅能用於光學設計結果的評價，還能控制光學系統設計的過程、鏡頭檢驗、光學總體設計等各方面。
此處贊助廣告位，歡迎聯繫QQ：9652202
掃一掃，關注光行天下公共號！
光行天下QQ群：23899225，歡迎加入！
光行天下：http://www.opticsky.cn
人才天下：http://hr.opticsky.cn
光行天下技術社區：http://www.opticsky.cn/index-htm-m-bbs.html