介绍了一种基于初级像差理论和矢量像差理论的机械补偿式新型离轴三反变焦系统的设计。提出了反射变焦系统初始结构的确定方法，对初级像差方程进行了约束优化，得到了满足要求的部分共轴初始结构参数。指出了利用矢量像差理论进行离轴反射变焦系统设计的必要性，提出了弥补共轴系统不足的离轴反射变焦光学系统的设计方法，分析了相应的去除遮拦、矫正像差的设计理论，并结合具体的设计指标，采用CODEV光学设计软件，设计出符合系统指标要求的离轴三反变焦光学系统，并对其进行了像质评价。结果表明，成像质量良好，满足总技术指标的要求。

针对一种新型的声光波干涉测量技术,对声光栅正弦结构光投射器的三维测量工作原理进行了系统的分析,讨论了影响投射器光学系统结构的因素和影响接收屏上的光照度的因素,并进行了光学系统设计。在优化设计过程中,采用了限制光线最大入射角的方法,达到控制投射系统的球差和保证接收屏上照明均匀的要求。所设计的声光栅正弦光投射器具有很好的成像质量。应用该系统对在500mm处的石膏像上投射干涉条纹,可以得到能量比较均匀、变形量很小的干涉条纹图,利用该条纹图和相关的算法可以对具有复杂几何形状的物体进行有效的三维测量。

光学透镜的中心厚度是光学系统中的一个重要参数,其加工质量的好坏对光学系统的成像质量具有很大的影响。提出了一种基于共焦原理的非接触在线检测技术。系统的测量范围可达到9.8mm,测量精度可达到14.7μm。

针对微小面积及'盲孔'底面形貌,提出了一种基于直接成像原理的多功能光电检测系统.主要阐述了其光学系统设计思路,即内窥式镜头与显微系统相结合,观测与微扫描相结合.物镜部分采用内窥式探头,可深入内径2.5mm的盲孔内部,数值孔径不受微孔尺寸限制,从而提高了系统分辨力,达到600lp/mm.利用平行平板光学测微器,寻找和瞄准微孔内观测表面的微小细节,可将±0.1mm范围内的被观测目标定位到视场中心.

高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构,并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点,通过光阑和视场离轴,设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0～2.5μm,焦距f′=1 600 mm,相对孔径为1/5,视场角为6.86°×1.48°,满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。

设计了一种基于反射临界角法测量糖度的采用双光源的光学系统。该系统实现在不改变接收端图像传感器参数、保证测量精度的前提下,扩大量程。根据折反射定律,通过分析光路图,给出了该光学系统的棱镜尺寸、两光源间距、透镜焦距及通光口径等参数,并通过实验对其进行了验证。

介绍了一种用于全反射法折射率测量的光学系统。面积的限制，采用多光源的光学系统，通过把量程分段，当采用一个光源时，折射率测量的精度和量程受到接收切换不同的光源来选择合适的量程，能在不改变接收端光电传感器的条件下，提高测量精度，扩大量程。本文根据折反射定律，通过分析光路图，给出了此光学系统的结构参数。理论计算和实验结果表明，当采用三个光源时，测量精度或量程比单光源系统提高到三倍左右。

研究通过分析共焦法检测透镜厚度的原理,并结合实际,给出了共焦光学系统的设计指标及要求,据此设计了一套共焦光学系统,结合光纤、耦合器、光谱仪等设备构成了基于共焦原理的透镜厚度测量系统。文中分析了本共焦光学系统的公差,分析结果表明,所给公差相对较宽松,整个光学系统设计合理,且在此公差下,本光学系统仍能清晰成像。本系统的测量范围至少为15 mm,可以有较广泛的应用。对于普通的K9玻璃,本检测系统的测量范围可达23.4 mm,测量精度为1μm。

设计了瞬态短波红外光谱仪的光学系统。论述了光谱仪的工作原理和光学系统方案选择,对CZ-ERNY-TURNER结构形式的光谱仪进行了光学设计和像差分析。该光学系统的波长范围为900～1700nm,光谱分辨率达到5nm,谱面20mm不平直度0.021mm。光学系统性能接近国外同类产品水平。