针对钢管直线度的机器视觉测量,设计了成像系统的技术指标。采用双高斯结构设计了光学成像系统基本结构,并通过ZEMAX光学模拟及像质分析,对成像镜头的结构参数进行了优化。设计结果表明,该光学成像系统总体成像质量较好,畸变小于0.08%,在频率为62.5 lp/mm时,0.7ω视场的MTF值大于0.5,能够用于钢管直线度测量。

为提高变焦距系统的工作性能，使其在大视场时仍具有良好的像质，且系统结构简单，易于机械设计、加工及装调，在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算，用光学设计软件ZEMAX上机调试，设计了焦距为6．9mm～91．6mm，视场5°～60°的变焦系统，整个系统由4组12片透镜组成，其中包括3个非球面，系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑，系统成像质量得到提高。

针对光学识别系统的技术指标，对其光学系统进行小型化设计。其中，傅里叶透镜与准直扩束系统均采用摄远型式结构，在满足其长焦距的前提下大大缩短了系统的光学筒长。为了使系统结构更精巧，引入了二元光学元件，利用ZEMAX辅助设计软件对光学系统结构进行优化；通过有效地折叠空间光路使系统布局更紧凑，最后研制出的小型化透射式光学识别系统，其总长为130mm，总宽为90mm，实现了小型化。经实验验证，该系统具有较好的相关探测性能，具有噪声小、探测精度高的优点。

设计了一种激光靶心冲击波观测镜的光学系统．用反射式光学系统代替折射式光学系统，解决了普通玻璃在200nm端透过率较低的问题．反射镜不引入色差，有利于系统在200～800nm谱段消色差．为消系统轴外像差，反射系统选型为对称式．反射镜全部采用球面镜，为消反射镜以及平板玻璃窗带入的球差，引入校正镜（材料JGS1），在满足要求的条件下，控制折射镜的厚度，使系统色差满足瑞利判据的色差允差，得到了良好的成像质量．

基于激光多普勒频移效应研制了一套应用于惯性约束聚变（ICF）研究的任意反射表面干涉测速系统（VISAR）。采用532nm的照明激光设计了一套光谱带宽为0．2nm的光学系统，通过合理选材，保证了光学系统的防辐射性能；基于光学膜系设计，滤除了526nm的强干扰打靶激光以及其它波段的杂散光；采用模块化方法并设计光学铰链进行模块对接，简化了系统调试的复杂程度；利用激光对干涉仪粗调，再利用白光精调，实现了零程差调试。设计的系统光路总长为6．3m，物方视场范围为φ1．0mm，放大倍率为5×、10×；静态实验显示，干涉条纹平直、调制度达到0．67以上，物方分辨率达到5．3μm。目前，该系统已成功地在神光-Ⅲ原型装置上进行了动态实验。

外形尺寸计算是光学系统设计的首要环节,尤其对于复杂的光学系统,外形尺寸计算是否合理直接影响像差的校正与平衡及整个系统的布局。由于光学设计软件ZEMAX中的近轴表面可以模拟理想薄透镜,因此可以根据这一特性来进行光学系统的外形尺寸计算。据此,本文介绍了十倍变焦距光学系统和激光光束整形系统两个典型光学系统的外形尺寸计算,与设计结果相一致。该方法比传统的手工计算法简单、直观,并具有较高的精度。

以往联合变换相关器的光学系统结构是一支光路反馈，实时性差且体积大。针对其缺点，设计了一种具有双光路的联合变换相关器。其中，最主要的特点是傅里叶透镜组与准直扩束系统共用同一片正透镜。改进后的装置可以清晰地探测到相关点，并具有体积小的特点。

提出通过光瞳和视场离轴，实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法．在同轴三反射光学系统基础上，将光瞳和视场适当离轴，实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况，导出同轴三反射光学系统初级像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质，进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构，利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320mm，视场（±0．3°）×（±0．6°），焦距1800mm。

大多数光学系统都是由若干单透镜和双胶合透镜组成的,单透镜可以看成是双胶合透镜的特殊情况.更换玻璃材料是光学系统设计中最主要、最常用、最有效的设计方法之一.运用PW法来更换光学系统中的玻璃材料使初级像差减小或按要求重新分布像差是可行的.将PW法引入到现代先进的光学设计软件中,使程序能根据设计者的要求自动替换玻璃,从而满足整个光学系统初级像差合理分布的要求.本替代程序就是将诸如国内开发的ODP841、ABR、SOD88等软件所采用的几何像差分析方法与国外ZEMAX,CODEV等具有强大优化功能的软件予以有机的结合.将设计者希望产生某种数量初级像差的双胶合透镜或单透镜替换光学系统中固有初级像差的双胶合透镜或单透镜,使系统像差重新合理分布,从而达到满意的成像质量.

介绍了2002年5月发射的中国"海洋一号"卫星10通道水色扫描仪的光学系统设计.该系统有10个探测通道,波段从可见到远红外,空间分辨率1.1km,并首次采用了"K镜"消像旋系统.