在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上，研究了成像光谱仪用远心宽视场、大相对孔径离轴三反消像散系统的设计问题，推导出了平像场、远心三反消像散系统初始结构参量和三级像差的计算方程．在给定系统像方焦距f’和F／#的情况下，只要给定次镜对主镜的遮拦比α1和次镜口径D2的具体值，就可以得到一个平像场、远心三反消像散成像系统的初始结构，通过进一步优化可得到满足设计要求的结果．据此设计出一个光谱范围0．4～2．5μm、焦距f’=720mm、相对孔径F／4、线视场角为10°的平像场、远心离轴望远系统，其主镜为6次非球面，次镜和三镜为椭球面，在空间频率27．8对线／mm处，调制传递函数值大于0．85．

设计了一个折/衍混合远心消色差f-θ物镜系统.该系统由一片折射/衍射透镜和三片折射透镜组成.入瞳位于系统前焦面,整个系统满足像方远心.与美国专利(专利号:4,925,279)相比较,垂轴色差由2.40 mm降到0.23 mm,降低了一个数量级;对于0°、14°和20°视场,最大垂轴像差分别由 260 μm、1350 μm、2090 μm降低到 5 μm、250 μm、318 μm,最大场曲分别由 8 mm、10 mm、13 mm降低到0.5 mm、1 mm、6 mm.该物镜不仅可用于彩色激光打印机、激光数码彩扩等多波长的扫描系统,也可用于能量要求较高的扫描系统.在高能量扫描系统中,通过引用折/衍混合远心消色差f-θ物镜,可用小体积工作于多纵模状态的激光器代替大体积单波长的激光器,使整个扫描系统小型化,并且提高了扫描准确度.

基于菲涅尔衍射理论推导并行共聚焦系统的两种常用光路（显微与远心）的三维相干成像公式,发现两者在傍轴近似条件下并行探测能力没有明显区别,并且这一结果得到了实验证实。但是显微光路离轴探测光场在物面和图像面存在横向漂移,漂移随着离轴和离焦程度增加而增加,干扰了系统的轴向探测能力并且使正焦辨识过程复杂化,影响系统的测量效率;远心光路由于不存在探测光场的横向漂移,以及较好的结构可靠性使系统精度易于保证,应该成为构建并行共聚焦微结构探测系统的首选。