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。

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。

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。

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。

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。