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.

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。

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。

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.

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。