设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深.进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6 λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置.对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数.通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果.利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果.结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上.

简要介绍了CMOS模组调焦的基本原理.在分析传统调焦方法的基础上,提出了用双光源标板进行调焦的新方法,同时测量CMOS中心像场近距离和无穷远处的MTF,调节镜头和CMOS的相对位置使两处的MTF相等时的位置为最佳对焦位置,实验结果证明该方法调焦范围分布窄、调焦精准、检查位置设置合理.对百万像素照相手机CMOS模组调焦、检测有较大的实用价值.

传统的凸轮调焦机构和丝杆丝母调焦机构存在结构复杂;加工、装调难度大;在传动链中引入齿轮传动,不可避免的会产生空回现象,进而导致整个机构存在传动效率低、响应速度慢、重复定位精度差等问题。为了弥补传统调焦机构的不足,设计了一种直线电机驱动的调焦机构,给出了新调焦机构的设计计算过程。直线电机驱动的调焦机构已成功应用于光电经纬仪中。实验证明,该机构的重复定位精度〈0.004mm,优于传统的调焦机构。

菲利浦研究实验室已经为电子透镜的设计研究出了计算程序。几年来,马拉德公司(Mullard Mitcham)一直使用这些程序来设计新型的象增强器。使用结果证明:这种计算程序能精确地确定象管电子透镜的一些性质,比如象面位置、放大率等。在象增强器中电子透镜的一个非常重要的参数是焦深,焦深影响电子透镜元件公差的确定,也影响所允许的象场弯曲。然而焦深主要又取决于光电子能量的分布,于是需要寻求测量光电子能量分布的方法。使用具有聚焦电极的象增强器(型号为XX1332)可以直接测量焦深。其方法是测量调制传递函数和聚焦电压的比率变化。对不同波长的光,可以估算出相应的焦深,这样就能通过综合焦深的结果和光电阴极的光谱响应来计算光电子能量的分布,从而可以获得0.07eV的平均光电子能量。

考虑了在固体浸没透镜（SIL）的球面表面的反射，应用矢量衍射理论比较分析了半球形固体浸没透镜（h—SIL）和等光程的超半球形固体浸没透镜（s—SIL）的透射场分布。h—SIL和sSIL的分辨力、焦深、聚焦强度和随波长的色散被详细比较。计算结果发现：当它们被包围在空气中时，s—SIL的分辨力比h—SIL的大n倍以上（n是SIL的折射率）；s—SIL的聚焦强度比h—SIL的大，但它的焦深比较小。s—SIL的横向色散率远大于hSIL的，但h—SIL的轴向色散率与s—SIL的几乎相等。h—SIL的横向色散很小，可以忽略不计。

分析了基于能量守恒法获得的对数光锥位相函数的特点，建立了长焦深元件焦深与系统f／#及衍射元件浮雕深度间的函数关系，基于菲涅耳衍射公式分析了参数不同时元件的轴向光强分布规律。仿真结果表明：在给定波长及焦距的条件下，折-衍混合长焦深元件相对同f／#的球面折射透镜的焦深扩展倍数取决于衍射元件的浮雕深度，其值越大，焦深扩展倍数越大，焦深内轴向光强分布越接近平顶分布；焦深一定时，小f／#系统更易获得焦深内轴向光强的平顶分布。

利用传统光学系统评价指标斯特利尔比和能量集中度来表征波前编码系统的成像特征，建立了系统“离焦不敏感性”的评价函数。采用所建立的评价函数设计了应用波前编码技术的三片式系统，系统焦深比原系统扩展10×以上。结果表明：新设计方法使得波前编码系统设计得以在流行的光学设计软件CODEV、zemax中实现，并可以很方便地控制“离焦不敏感性”和“图像可恢复性”之间的平衡，解决了目前波前编码系统设计时没有现成软件，没有成熟方法的问题。

基于有较大的焦深的普通光学显微镜及3D成像软件,利用自制的可绕固定轴的升降平台及光纤辐照形态,根据视差原理构建了一个测量小型样品的三维表面参数的测试系统。以外形较复杂的医用牙科钻头为样品,研究了显微镜的放大倍数、用于构建三维图像的两幅相似图像的夹角与样品表面参数测量值之间的关系。通过与样品的标称值对比,实验中所用的毫米量级的样品,在合适的物镜组放大倍数及合适的夹角下,相对误差在5%范围内,表明所建立的测量系统可用于尺寸较小的样品表面参数的测量。