1光学设计概述
1.1光学系统设计的具体过程和步骤
光学设计通常是先根据镜头的性能参数和像差要求选择适当的结构形式，再基于初级像差理论求解或从文献中查找最佳的初始结构参数，然后对像差进行逐步平衡，直到满足像质要求。
光学系统初始结构设计方法包括计算法、经验法、计算结合经验法、查资料法（即根据孔径、视场、波长、焦距，进行整体缩放）等。
光学系统设计步骤如下：
(1)根据仪器的总体性能设计要求，确定光学镜头的性能指标
即确定镜头的焦距、视场范围、相对孔径或数值孔径等，同时确定镜头的成像质量要求
(2)根据具体的指标，选择镜头的结构形式，设计光学系统的初始结构
初始结构的选择最常用的是在失效公开的专利中或论文中找一个光学特性相似的镜头，通过整体缩放，作为设计的初始结构。
对于常用镜头，有许多现成的成像质量好的结构可选择；对于新型镜头，所选的初始结构，要进行初步的外形尺寸计算和可行性分析，甚至返回第一步进行修正。
(3)镜头的优化设计。进行像差校正，通过改变镜头的面型参数（球面透镜的曲率半径、非球面透镜的各非球面系数），改变透镜的厚度及透镜之间的距离，更换透镜材料，改变光瞳位置和大小，来减小光学系统的像差。
(4)像质评价，即按照要求的成像质量对镜头的像差值进行评价。若未达到设计要求，返回第三步。若多次校正，像差仍达不到要求，回到第二步，重新寻找合适的结构形式。
(5)计算分析各镜头元件的加工公差和装配公差
(6)绘制光学系统图、光学组件和零件图，并作规范的各项标注
1.2光学系统优化设计的数学原理
光学系统的结构由所有透镜的曲率半径或非球面系数、透镜的厚度和间隔、各透镜的折射率和色散系统所确定，这些参数统称为系统的结构参数，用xi表示，一组结构参数就代表了光学系统的一个设计方案。而多种像质评价方法对应的判断和指标、系统的焦距、后工作距和各类几何像差、波像差，都是光学系统优化设计的目标，统成为像差，即广义像差，可以用fj表示。显然，对于给定结构参数的光学系统，在一定的孔径和视场下，其像差也就完全确定，因此像差是结构参数的函数，即fj=fj(x1,x2,…,xn)。
光学系统优化设计，就要修改结构参数x，使各种像差逐渐达到各自的目标值。
但结构参数有一定的限制，如透镜的边缘和中心厚度不能小于一定的数值，透镜之间的间隔不能未负值，折射率和色散系数受限于材料而不能任意改变，系统的总长度受实际使用情况的限制等。因此修改结构参数时，需要一些边界条件的约束。
光学系统设计由阻尼最小二乘法、适应法、正交法等多种优化方法，其中阻尼最小二乘法是目前优化设计程序中较为普通采用的一种方法。