基本簡介
能產生清晰的、與物貌完全相似的像的光學系統。光學系統是由透鏡、反射鏡、稜鏡及光闌等多種光學元件按一定次序組合成的整體。曲率中心在同一直線上的兩個或兩個以上折射（或反射）球面組成的光學系統稱為共軸球面系統，曲率中心所在的那條直線稱為該光學系統的主光軸。對單個折射球面或球面反射鏡，主光軸是連結球面頂點（球面受光部分的中點）與其曲率中心的直線。有一定關係的光線組成光束，凡光束中各光線（或其延長線）均交於同一點，則此光束稱為同心光束。入射的同心光束經理想光學系統後，出射光束也必定是同心光束。入射同心光束的交點稱為物點，出射同心光束的交點稱為像點。理想光學系統具有下述性質：①光學系統物方一個點（物點）對應像方一個點（像點）。即從物點發出的所有入射光線經光學系統後，出射光線均交於像點。由光的可逆性原理，從原來像點發出的所有光線入射到光學系統後，所有出射光線均交於原來的物點，這一對物、像可互換的點稱為共軛點。某條入射光線與對應的出射光線稱為共軛光線。②物方每條直線對應像方的一條直線，稱共軛線；物方每個平面對應像方的一個平面，稱為共軛面。③主光軸上任一點的共軛點仍在主光軸上。任何垂直於主光軸的平面，其共軛面仍與主光軸垂直。④對垂直於主光軸的共軛平面，橫向放大率（見凸透鏡）為常量。
研究理想光學系統上述物、像兩方一一對應關係的理論稱為高斯光學，光純粹是一種幾何理論，首先由德國科學家C.F.高斯在1841年的著作中闡明。實際中不存在真正的理想光學系統，平面反射鏡是個例外，但其橫向放大率恆為1。共軸球面系統嚴格說不是理想光學系統，但在傍軸條件下可近似地滿足理想光學系統的要求，理想光學系統的概念和理論正是以此為原型抽象和概括出來的，故高斯光學也稱傍軸光學。
在共軸球面系統中，若入射光線和出射光線靠近主光軸，且與主光軸的夾角μ很小，使sinμ≈tgμ≈μ，cosμ≈1近似成立，則相應的光線稱為傍軸光線，上述條件稱為傍軸條件。在傍軸條件下共軸球面系統可近似看作理想光學系統。
設計過程
光學系統的設計步驟一般要求如下：1.根據使用要求制定合理的技術參數。從滿足使用要求的程度出發，制定光學系統合理的技術參數。
2.光學系統總體設計和布局。
3.光學部件(光組、鏡頭)的設計。一般分為選型、確定初始結構參數、像差校正3個階段。
4.長光路的拼接與統算。以總體設計為依據，以像差評價為準繩，來進行長光路的拼接與統算。如果結果不合理，則應反覆試算並調整各光組的位置與結構，直至達到預期的目標。
5.光學系統的公差制定。非配整個系統中所有光關顧額原件和光學機械原件及尺寸的加工公差，進行公差預算，確保系統以合理的成本實現所要求的光學性能。
在制定光學系統公差的過程中，需要給系統中所有的光學元件和光學機械原件分配公差，包括所有的透鏡和反射鏡以及直接或間接支撐光學原件的機械元件。系統的總目標是在滿足光學性能的要求的前提下，使光學原件的成本、裝調和校準的成本到達最低。制定光學系統公差的步驟如下：
為所有光學元件和機械元件分配可變公差;
選擇調整參數，如後截距等;
公差的敏感度分析;
重新估計公差，檢查是否有變化;
增加其他不能被程式模擬的公差的影響;
預計總的系統性能並進行誤差預算;
加嚴對系統敏感參數的公差，放寬非敏感參數的公差，並預算性能;
重複步驟7直至以合理的開銷滿足系統性能;
如果系統性能不能實現，則進行重新設計。
光學設計的目的就是要對光學系統的像差給予校正，但任何光學系統都不可能也沒有必要把所有像差都校正到零，必然有剩餘像差的存在，剩餘像差大小不同，成像質量也就不相同。受衍射、製造和裝配誤差的影響及其他因素的限制，像差的存在也是必然的，因此必須了解光學系統的剩餘像差的允許值和公差，以便根據剩餘像差的大小判斷光學系統的成像質量。
