物點(diǎn)的成像光束是一個(gè)以物點(diǎn)為頂點(diǎn)，以入射光瞳為底的空間光錐。此光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)以后，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)于軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)（絕大多數(shù)系統(tǒng)屬這一類），軸上點(diǎn)光束總具有對(duì)稱性質(zhì)，但軸外點(diǎn)光束經(jīng)系統(tǒng)后失去對(duì)稱。因?yàn)橐馆S外點(diǎn)也以充滿入射光瞳的光束成像時(shí)，那些遠(yuǎn)離孔徑光闌的透鏡需要有相當(dāng)大的直徑，并且對(duì)全孔徑軸外光束校正好像差也非常困難。

外形尺寸計(jì)算

在這個(gè)階段里要設(shè)計(jì)擬定出光學(xué)系統(tǒng)原理圖，確定基本光學(xué)特性，使?jié)M足給定的技術(shù)要求：即確定放大倍率或焦距、線視場(chǎng)或角視視場(chǎng)、數(shù)值孔徑或相對(duì)孔

徑、共軛距、后工作距離光闌位置和外形尺寸等。

因此，常把這個(gè)階段稱為外形尺寸計(jì)算。一般都按理想光學(xué)系統(tǒng)的理論和計(jì)算公式進(jìn)行外形尺寸計(jì)算。在計(jì)算時(shí)一定要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)，以防止在機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

滿足一系列要求的實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)往往不是幾個(gè)透鏡的簡(jiǎn)單組合，而由一系列透鏡、曲面反射鏡、平面鏡、反射棱鏡和分劃板等多種光學(xué)零件組成，并且要通過(guò)合理設(shè)置光闌、精細(xì)校正像差和恰當(dāng)確定光學(xué)零件的橫向尺寸等手段才能得到合乎需要的高質(zhì)量系統(tǒng)。任何垂直于光軸的平面，其共軛面仍與光軸垂直。對(duì)垂直于光軸的一對(duì)共軛平面，橫向放大率為常量。研究理想光學(xué)系統(tǒng)上述物像兩方一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的理論稱為高斯光學(xué)。由于光學(xué)系統(tǒng)的軸對(duì)稱性，軸上點(diǎn)光束無(wú)需區(qū)分子午光束與弧矢光束，軸外點(diǎn)光束則一定是對(duì)子午平面對(duì)稱的。

多個(gè)光闌中對(duì)光束的限制作用，即決定成像光束大小的那個(gè)光闌，又稱有效光闌?？讖焦怅@可遮掉光束中偏離近軸光線較大的光線，對(duì)像的清晰度、正確性、亮度和景深等有直接影響。在理想情況下，軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)的光束都受孔徑光闌的限制，有基本相同的光束孔徑角，如果視場(chǎng)不太大，整個(gè)視場(chǎng)的像面照度基本均勻?？讖焦怅@被其后面的光學(xué)零件成在像空間的像，稱為出射光瞳，它一定也是對(duì)軸上像點(diǎn)張角為的一個(gè)光孔像，這個(gè)張角是像方的光束孔徑角。