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光学系统设计过程

光学系统设计，简称光学设计，就是根据用户的使用要求，决定满足使用要求的各种数据，包括光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。因此可以把光学设计过程分为以下4个阶段：

外形尺寸计算，初始结构计算，像差校正和平衡，和像质评价。每个阶段可分别简述如下。
1.外形尺寸计算
在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使其满足给定的技术要求，即确定焦距、视场角、相对孔径、光阑位置和外形尺寸等。因此，常把这个阶段称为外形尺寸计算。
一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。在计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机械结构上无法实现。每项性能的确定一定要合理，过高要求会使设计结果复杂造成浪费，过低要求会使设计不符合要求。因此这一步必须慎重行事。
2.初始结构的计算和选择
初始结构的确定常用以下两种方法：
2.1.根据初级像差理论求解初始结构
这种求解初始结构的方法就是根据外形尺寸计算得到基本特性，利用初级像差理论来求解满足成像质量要求的初始结构，即确定系统各光学零件的曲率半径、透镜厚度和间隔、玻璃折射率和色散等。
利用初级像差理论求解的初始结构，不仅对小孔径小视场的光学系统非常有效，就是对于比较复杂的光学系统也比任意选择的结构更容易接近所求的解，使设计容易获得成功。
2.2.从已有的资料中选择初始结构
对于大视场和大孔径及结构复杂的光学系统，如广角物镜、大孔径照相物镜等，一般都从已有的技术资料和专利文献中选择其光学特性与所要求的相接近的结构作为初始结构。这是一种比较实用又容易获得成功的方法。因此它被广大光学设计者广泛采用。但要求设计者对光学设计理论有深刻了解，并有丰富的设计经验，只有这样才能从类型繁多的结构中挑选出简单而又合乎要求的初始结构。
3.像差校正和平衡
初始结构选好后，要在电子计算机上进行光路计算，或用像差自动校正程序进行像差自动校正。然后根据计算结果画出像差曲线，分析像差找出原因，再反复进行像差校正和平衡，直到满足成像质量要求为止。
4.像质评价
在设计过程中可用轴外像差特性曲线上的弥散斑来预估光学系统的成像质量。设弥散斑直径的平均尺寸为，则系统的分辨率为，根据分辨率的大小就可以判断出成像质量的好坏。
待设计完成后，可用瑞利判据、中心点亮度、分辨率、点列图和光学传递函数等像质评价方法，对设计方案做全面的质量评定。在像质评价方法中光学传递函数是一种比较好的像质评价方法，它能更确切、更全面评价整个系统(包括光能接收器)的成像质量，并为设计、生产和使用三者之间提供一个统一的标准。