采用二元光学透镜作为分光元件的多光谱成像光谱仪,由于焦距随波长的变化改变了系统的F数,因此改变了系统的放大率,从而引起光谱图像的像元配准误差.为改进基于二元光学透镜的多光谱成像光谱仪的性能,首次提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案.设计了由三片二次非球面生成的无中心遮拦的前置望远镜,该望远镜不仅有利于提高多光谱成像光谱仪的集光能力,且有利于系统的小型轻量化.同时设计了含二元光学透镜的三片型变焦距组件,用来消除多光谱成像光谱仪的像元配准误差.整个多光谱成像光谱仪系统仅有6个单片,非常简单.另外,该系统在空间频率为20 c/mm时MTF超过0.3,充分满足红外焦平面探测器对多光谱成像系统分辨率的要求,像面尺寸为7.2 mm.适用于探测单元尺寸为25 μm、规格为128×128元的红外焦平面探...

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。

利用二元光学技术制成二元光学元件，它可以制作 有特殊功能高衍效率的光学元件，本文介绍了这种技术的基本原理，制作工艺和流程以及近年来研究的几种有应用前景的二元光学元件。

提出了利用带二元光学元件的球透镜实现可见／紫外双波段光学系统的新方法。在蓝宝石球透镜中部引入二元光学元件，有效校正了色差及球差；同时利用谐衍射设计，使可见／紫外双波段共用同一二元光学元件。利用光纤面板对像面的补偿，既校正了场曲，又满足半视场0-15°为可见波段，15～35°为紫外波段的实际应用需求。完成了在蓝宝石平面基底上最小线宽为10μm的八台阶二元元件的制作。所研制的系统经测试，在F数为1的条件下，弥散斑小于60μm，与传统的球透镜相比．光斑缩小了1／3。

提出了采用二元光学元件（BOE）进行三维形貌测量的新方法。设计二元光学元件产生空间二维点阵结构光，经物面调制后的点阵信息被相机一次获取，利用三角测量法得到物体的三维空间坐标。按该方法处理得到的结果与实际物体的形貌特征吻合。结果表明，按该测量系统具有便捷式功能，适用于三维照相等应用领域。

为了减少二元光学元件设计的计算量并提高设计精度，在对现有算法机理进行深入分析的基础上，提出了适用于二元光学元件设计的两步模拟退火法．该算法在整个退火过程中采用先量化后优化的策略，并将优化过程分为两个阶段：搜索并锁定最优解区间；快速收敛到最优解．模拟实验显示，与传统设计方法相比，该算法不仅保持了全局寻优的特点，而且提高了稳健性和效率．算法剔除了对设计结果影响较大的量化误差，提高了设计精度．用此法实例设计了单焦面辐射聚焦元件，得到了与目标图像一致的光学实验结果．

为解决用于高斯分布激光束整形的二元学元件设计问题，在深入研究现有的各种迭代算法，如ＧＳ算法、模拟退火法、Ａｌｐｅｘ法等的基础上，提出了并行模拟退火算法和ＰＰＤＶ算法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｏ Ｄｉｆｆｅｒｎｅｔ Ｖａｒｉａｂｌｅｓ）。特别是ＤＰＤＶ算法综合了各种算法的优点，而避开了其缺点。得到了迄今为止最好的计算结果。

提出了利用带二元光学元件的球透镜实现可见／紫外双波段光学系统的新方法。在蓝宝石球透镜中部引入二元光学元件，有效校正了色差及球差；同时利用谐衍射设计，使可见／紫外双波段共用同一二元光学元件。利用光纤面板对像面的补偿，既校正了场曲，又满足半视场0-15°为可见波段，15～35°为紫外波段的实际应用需求。完成了在蓝宝石平面基底上最小线宽为10μm的八台阶二元元件的制作。所研制的系统经测试，在F数为1的条件下，弥散斑小于60μm，与传统的球透镜相比．光斑缩小了1／3。

本文介绍了二元光学元件制作的基本情况，国外制作二元光学元件设备的发展情况及国内制作二元光学元件设备的现状。重点介绍了长春光机所研制的二元光学元件激光直接写入设备中机械总体方面的主要关键技术，给出了导轨、传动系统、回转轴系、调焦伺服机构的主要技术指标和完成情况。另外还介绍了临界角法的调焦原理及实现光学调焦的调焦机构。

二元光学元件用作透镜在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用.阐述了利用二元光学元件色散特性的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景.由于国内加工衍射透镜工艺条件的限制,提出利用折衍混合透镜代替衍射透镜来实现色散和成像,介绍了此透镜系统的设计方法,利用光学设计软件进行分析和评估,希望对二元光学超光谱成像仪的设计具有指导意义.