镜头设计是极具创造力的工作，它必须基于经验和敏锐的洞察力来了解各种各样光学象差的特性。
首先让我们来看一些镜头设计的基本原理：
任何镜头，不管是新的还是老的，都可以用“镜头描述”这个术语来区分镜片的数量、玻璃的种类、镜片的曲面半径、镜片的厚度、镜片与镜片之间的距离、以及每个镜片的直径等等。
这些都是用来全面描述一个镜头的参数。当发自于某个物体的光线穿过玻璃表面时，该束光线会被折射，就如我们在中学物理课本中学到的物理知识所描述的那样。
光线折射量取决于玻璃的折射率。如果镜头设计者能知道光线射入镜头前镜光学透镜片时的确切入射位置以及入射角度，他就可以通过光线理论系统精确地追踪光路。
角度和距离可以通过三角函数的正弦和余弦算出来。因此通过简单的平面几何，光线途经的线路就可以被追踪到。我们知道任何一个点光源发出的能量都是散射的，并无任何方向行可言。
只有部分能量通过镜头，而且设计者也假设通过简单的数学来计算通过镜头的能量(那些被视为一系列的各自独立的光线)可以追踪那些光线的路径。
镜头设计者首先从光轴上的某点开始追踪少量的光线。这里所假设的是每个物象点都会在胶片平面上形成于之相对应的点，所以发自物体的光线都将被转化为光学镜片这样的成相点，并且具有同样的相对位置。
这就是高斯成相(GaussianFiction)。对应那些靠近光轴的点，设计者可以有理由相信高斯成象是相当精确的，这就是平行光轴光学(ParaxialOptics)。尽管计算公式相当简单(至少对有经验的设计者来说)，但要求对于这些数字的计算精确到小数点后5~8位。
滤光片（保护镜）在摄影中，滤光片（保护镜）一是用来保护镜头，二是用来过滤光线的。相机中的镜头是最宝贵的，加强保护很有必要，装上滤光镜片， 可以不让一些灰尘侵蚀，当然在擦一下也很方便，不用担心会擦坏镜头。镜头在摄影时聚焦镜接受光线和人看物体一样,如果是强光下看事物一下子会不适应，而且眼睛会疲劳，于是带上了滤色眼镜，觉得眼睛舒服多了，那是因为镜片阻挡了一部份强紫外线，让眼睛在释负的情况下接受外界的事物。
这就是高斯成相(GaussianFiction)。对应那些靠近光轴的点，设计者可以有理由相信高斯成象是相当精确的，这就是平行光轴光学(ParaxialOptics)。尽管计算公式相当简单(至少对有经验的设计者来说)，但要求对于这些数字的计算精确到小数点后5~8位。
滤光片（保护镜）在摄影中，滤光片（保护镜）一是用来保护镜头，二是用来过滤光线的。相机中的镜头是最宝贵的，加强保护很有必要，装上滤光镜片，可以不让一些灰尘侵蚀，当然在擦一下也很方便，不用担心会擦坏镜头。镜头在摄影时聚焦镜接受光线和人看物体一样,如果是强光下看事物一下子会不适应，而且眼睛会疲劳，于是带上了滤色眼镜，觉得眼睛舒服多了，那是因为镜片阻挡了一部份强紫外线，让眼睛在释负的情况下接受外界的事物。
这镜头上的滤光镜片也一样，它可以有效防止强紫外线的侵入以造成成像的清晰度，二可以防止一些空气污染对镜头的腐蚀。在使用传统相机用胶片拍摄的时候。由于胶片的化学特性，其对阳光中的紫外线尤其敏感，在紫外线强的地方，使用胶片拍摄出来的照片普遍偏蓝、泛白。严重影响了照片品质。
在镜头前加一块滤光片（保护镜），可以有效过滤掉紫外线提高照片的清晰非球面镜度。对于高山摄影或高空摄影，可以使远处的景物更清晰，还原出更真实、艳丽的画面。
所以在当时，滤光镜成为了一种必备的滤色镜。由于滤光镜不但可以改善成像，还可以保护镜头免受灰尘、手印等污染的侵袭．所以。滤光镜都是常年装在镜头前而不取下，成为使用最广泛的滤色镜。
到了数码时代，由于数码机的核心显像部件CCD不再像胶片那样对紫外线过于敏感，所以滤光片（保护镜）对紫外线的过滤功能被逐渐淡化，但因油污、手印、划伤对于镜头镀膜的损伤依然存在。此时的滤光镜，更多地担当起了保护镜的角色。有人担心因为加装了滤光镜而会对成像质量产生影响。