鏡頭設(shè)計(jì)是極具創(chuàng)造力的工作，它必須基于經(jīng)驗(yàn)和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學(xué)象差的特性。
首先讓我們來看一些鏡頭設(shè)計(jì)的基本原理：
任何鏡頭，不管是新的還是老的，都可以用“鏡頭描述”這個(gè)術(shù)語來區(qū)分鏡片的數(shù)量、玻璃的種類、鏡片的曲面半徑、鏡片的厚度、鏡片與鏡片之間的距離、以及每個(gè)鏡片的直徑等等。
這些都是用來全面描述一個(gè)鏡頭的參數(shù)。當(dāng)發(fā)自于某個(gè)物體的光線穿過玻璃表面時(shí)，該束光線會(huì)被折射，就如我們在中學(xué)物理課本中學(xué)到的物理知識所描述的那樣。
光線折射量取決于玻璃的折射率。如果鏡頭設(shè)計(jì)者能知道光線射入鏡頭前鏡光學(xué)透鏡片時(shí)的確切入射位置以及入射角度，他就可以通過光線理論系統(tǒng)精確地追蹤光路。
角度和距離可以通過三角函數(shù)的正弦和余弦算出來。因此通過簡單的平面幾何，光線途經(jīng)的線路就可以被追蹤到。我們知道任何一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的能量都是散射的，并無任何方向行可言。
只有部分能量通過鏡頭，而且設(shè)計(jì)者也假設(shè)通過簡單的數(shù)學(xué)來計(jì)算通過鏡頭的能量(那些被視為一系列的各自獨(dú)立的光線)可以追蹤那些光線的路徑。
鏡頭設(shè)計(jì)者首先從光軸上的某點(diǎn)開始追蹤少量的光線。這里所假設(shè)的是每個(gè)物象點(diǎn)都會(huì)在膠片平面上形成于之相對應(yīng)的點(diǎn)，所以發(fā)自物體的光線都將被轉(zhuǎn)化為光學(xué)鏡片這樣的成相點(diǎn)，并且具有同樣的相對位置。
這就是高斯成相(GaussianFiction)。對應(yīng)那些靠近光軸的點(diǎn)，設(shè)計(jì)者可以有理由相信高斯成象是相當(dāng)精確的，這就是平行光軸光學(xué)(ParaxialOptics)。盡管計(jì)算公式相當(dāng)簡單(至少對有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者來說)，但要求對于這些數(shù)字的計(jì)算精確到小數(shù)點(diǎn)后5~8位。
濾光片（保護(hù)鏡）在攝影中，濾光片（保護(hù)鏡）一是用來保護(hù)鏡頭，二是用來過濾光線的。相機(jī)中的鏡頭是最寶貴的，加強(qiáng)保護(hù)很有必要，裝上濾光鏡片， 可以不讓一些灰塵侵蝕，當(dāng)然在擦一下也很方便，不用擔(dān)心會(huì)擦壞鏡頭。鏡頭在攝影時(shí)聚焦鏡接受光線和人看物體一樣,如果是強(qiáng)光下看事物一下子會(huì)不適應(yīng)，而且眼睛會(huì)疲勞，于是帶上了濾色眼鏡，覺得眼睛舒服多了，那是因?yàn)殓R片阻擋了一部份強(qiáng)紫外線，讓眼睛在釋負(fù)的情況下接受外界的事物。
這就是高斯成相(GaussianFiction)。對應(yīng)那些靠近光軸的點(diǎn)，設(shè)計(jì)者可以有理由相信高斯成象是相當(dāng)精確的，這就是平行光軸光學(xué)(ParaxialOptics)。盡管計(jì)算公式相當(dāng)簡單(至少對有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者來說)，但要求對于這些數(shù)字的計(jì)算精確到小數(shù)點(diǎn)后5~8位。
濾光片（保護(hù)鏡）在攝影中，濾光片（保護(hù)鏡）一是用來保護(hù)鏡頭，二是用來過濾光線的。相機(jī)中的鏡頭是最寶貴的，加強(qiáng)保護(hù)很有必要，裝上濾光鏡片，可以不讓一些灰塵侵蝕，當(dāng)然在擦一下也很方便，不用擔(dān)心會(huì)擦壞鏡頭。鏡頭在攝影時(shí)聚焦鏡接受光線和人看物體一樣,如果是強(qiáng)光下看事物一下子會(huì)不適應(yīng)，而且眼睛會(huì)疲勞，于是帶上了濾色眼鏡，覺得眼睛舒服多了，那是因?yàn)殓R片阻擋了一部份強(qiáng)紫外線，讓眼睛在釋負(fù)的情況下接受外界的事物。
這鏡頭上的濾光鏡片也一樣，它可以有效防止強(qiáng)紫外線的侵入以造成成像的清晰度，二可以防止一些空氣污染對鏡頭的腐蝕。在使用傳統(tǒng)相機(jī)用膠片拍攝的時(shí)候。由于膠片的化學(xué)特性，其對陽光中的紫外線尤其敏感，在紫外線強(qiáng)的地方，使用膠片拍攝出來的照片普遍偏藍(lán)、泛白。嚴(yán)重影響了照片品質(zhì)。
在鏡頭前加一塊濾光片（保護(hù)鏡），可以有效過濾掉紫外線提高照片的清晰非球面鏡度。對于高山攝影或高空攝影，可以使遠(yuǎn)處的景物更清晰，還原出更真實(shí)、艷麗的畫面。
所以在當(dāng)時(shí)，濾光鏡成為了一種必備的濾色鏡。由于濾光鏡不但可以改善成像，還可以保護(hù)鏡頭免受灰塵、手印等污染的侵襲．所以。濾光鏡都是常年裝在鏡頭前而不取下，成為使用最廣泛的濾色鏡。
到了數(shù)碼時(shí)代，由于數(shù)碼機(jī)的核心顯像部件CCD不再像膠片那樣對紫外線過于敏感，所以濾光片（保護(hù)鏡）對紫外線的過濾功能被逐漸淡化，但因油污、手印、劃傷對于鏡頭鍍膜的損傷依然存在。此時(shí)的濾光鏡，更多地?fù)?dān)當(dāng)起了保護(hù)鏡的角色。有人擔(dān)心因?yàn)榧友b了濾光鏡而會(huì)對成像質(zhì)量產(chǎn)生影響。