光电仪器研发的前提是社会需求，设计者把需求转化成仪器的质量指标和设计参数通过相关的资料、专利、文献的查询和必要的实验验证，然后进行总体设计（或综合化设计）。尽管现代光电仪器是多个高新技术的综合体，但作为主要子系统的光学系统仍然是光电仪器总体设计的关键。
光学系统是光电系统中获取目标信息的第一环节，它大体可以分成能量传输系统和图像传输系统两大类。前者的作用在于收集或传输尽可能多的光能量信息，主要用于光度测量方面；后者多用于摄取目标的图像，要求将整幅图像或用扫描方法把图像传输到探测器上，把图像的像素顺序转换成光电信号。
光学系统的基本特性有：数值孔径（NA）或相对孔径（D／f′）；线视场或视场角（2ω）；系统的横向放大率或焦距（r′）；还有与这些基本特性有关的一些特性参数，如入瞳直径（D）、出瞳直径（D′）、工作距离、共轭距、座装距等。
1．常用光电图像转换系统的光学特性
（1）显微物镜的光学特性
显微镜是指为提高人们获得微小细节信息能力的光学仪器，是用来观测近距离微小物体的光学系统。传统的显微目视系统由显微物镜和目镜组成。在光电显微系统中则由显微物镜成一次像，通过光学接口把物镜一次像成于CCD靶面上。
（2）望远物镜的光学特性
望远系统用于观测远距离物体。以CCD器件为接收器件的光电望远系统，CCD器件置于望远物镜的像方焦平面处。影响望远系统成像特性的主要是望远物镜，望远物镜是一个小孔径、小视场系统，其光学特性参数主要有焦距y相对孔径D／y′（＜1／5）和视场角（2ω≤10°）等。特性参数决定了望远系统的分辨率、像面照度、成像质量和结构尺寸。
（3）照相物镜的光学特性
