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。

通过利用ZEMAX光学工程设计软件设计了一款适用于手机的2倍内置式光学变焦距镜头。镜头仅由4片非球面的塑料透镜和1片BK7的红外滤光片构成,能够达到285 lp/mm的空间频率,可匹配1.75μm的COMS图像传感器,全视场RMS半径均小于艾利斑半径,全视场最大畸变小于3%,MTF值在1/2奈奎斯特频率处的大部分视场大于0.5,总长度小于9.2 mm。整个变焦距系统结构紧凑,分辨率高,成本低,可满足手机镜头光学变焦的要求。

利用ZEMAX光学软件设计出了一款适用于0.55″单片DLP微型投影机的广角数字微型投影镜头。镜头结构由6组8片镜片组成,具有结构简单、体形小、易加工、成本低等特点。镜头的有效焦距为8.25mm,相对孔径为1/2.2,全视场角为80.5°,最大口径小于24mm,光学总长控制在40mm,后工作距离为24mm。镜头有较好的成像质量,在镜头的分辨率66lp/mm处,所有视场的MTF值均大于0.45,全视场畸变量的绝对值小于0.7%,垂轴色差小于0.5个像元大小。

利用非球面在改善成像质量方面的优势，在镜头设计过程中引入了偶次非球面，根据理论计算和ZEMAX软件的优化，设计出一个成像质量优良的高斯镜头，通过该实例对球面设计和非球面设计进行了比较，论证了非球面在照相镜头设计中的优越性．

通过对比国内外大口径望远镜光学系统的发展和研究现状，提出针对大口径望远镜系统的加工、装调和使用建立误差分配体系的方案。介绍了误差分配体系包含的内容，并对其进行归类。以1．2m望远镜光学系统为例，阐述了误差分配原则。首先，根据设计确定总体误差标准，然后，计算误差分配的项数，最后，依据分配原则，结合实际加工和装调水平，给出了合理的误差分配结果。结果表明，在满足目前国内加工要求和装配的条件下。该方案使分配后该望远镜光学系统误差（RMS波像差）〈λ／8．5，为大口径望远镜光学系统的误差分配提供了有力的依据。

在地面的目标探测光学系统多采用大口径（〉500 mm）同轴光学系统的前提下,系统探测的大视场和宽光谱就成了亟待解决的问题。设计了附带小口径球面透射校正镜组的折反式光学系统,利用该校正镜组校正了系统由于大相对口径、大视场和宽光谱带来的像差,使系统达到了预定的指标要求。其中只有主反射镜面形为二次非球面,设计参数也易于加工。在相应的实例要求下,用ZEMAX光学设计软件进行了优化评价,并给出了该系统的对星观测结果。该光学系统设计的口径为Ф750mm,相对孔径为1：1.32,视场为4°,光谱范围为500～800 nm,系统实际探测能力在15 Mv以上。该系统结构简单,均采用普通玻璃材料,成本低,成像质量良好。

为了满足监控系统中单镜头可实现全景监控的需求,运用仿生学原理,在原有鱼眼镜头的基础上结合监控系统的需求,运用ZEMAX软件设计了一款视场为180°,相对孔径为1/1.6的鱼眼镜头。该镜头由9片透镜组成,总长度为68.5mm,采用1/3英寸CCD作为图像接收器件。在120lp/mm时,其MTF曲线在轴上大于0.4,在80lp/mm时,在0.7带上大于0.3。由于是超广角镜头,此镜头畸变很大,在边缘视场具有接近100%的桶形畸变。

通过选取三镜消像散（Three-mirror anastigmat，TMA）的结构形式介绍了共轴系统离轴使用的方法。TMA系统由三个二次曲面镜、一个变形镜和一个快速稳像镜构成。根据三镜系统的初级像差理论推导出了系统的初始结构，利用自动光学设计软件Zemax对初始结构进行了像差优化设计。采用两种优化方法来保证系统的出瞳与变形镜重合，以便于校正主镜的剩余误差。所设计出的光学系统的成像质量可接近衍射极限，满足了系统对成像质量的要求。

由于离轴三反射镜系统拥有视场大、无色差、适用温度范围宽、对材料无限制、无中心遮拦、可轻量化设计等一系列优势,在航天遥感中正被越来越广泛地应用。结合常用光学设计软件ZEMAX的Macros功能,通过将自己编写的ZPL宏指令加入系统评价函数中来限制离轴三反优化过程中的挡光问题,并给出了具体的设计、使用步骤。

凸轮曲线优化是机械补偿变焦距光学系统后期设计的一个重要环节。只有沿着准确的凸轮曲线控制变焦距系统的活动组份，才能保证有稳定良好的像质。本文提出一种基于ZEMAX的凸轮曲线优化设计新方法。该方法利用ZEMAX宏语言编写变焦距系统凸轮曲线设计程序，得到变倍组和补偿组之间准确的相对位移关系。同时，该程序能够计算出随着光学系统焦距变化的像斑尺寸连续变化曲线，实现在设计凸轮曲线的同时，随着焦距的连续变化，实时了解光学系统综合像质走向。此举对凸轮曲线的合理性提供了至关重要的佐证。