提出了用折衍混合单透镜代替多普勒叶尖间距检测系统中的双胶合消色差透镜组。对折衍混合单透镜与双胶合消色差透镜的初级像差进行了分析,设计的折衍混合单透镜与双胶合消色差透镜组相比,像差明显减小,光斑位于艾里斑内;光斑半径的均方根达到0.127。从而大大地降低了系统的尺寸和重量,实现了系统的小型化要求。

为了提高拼接子镜系统的装调精确度，研究了拼接子镜系统的计算机辅助装调技术，分析了拼接子镜系统的计算机辅助装调模型，采用反向优化法编写程序求解系统失调量．以37项泽尼克系数作为评价函数．当粗调误差在0．7°以内时，完全可以精确求解失调量．结果表明，求解结果准确度高，符合实际装调要求．

传统生物芯片检测扫描仪光学系统的特点是分辨率高、孔径大,但工作距离较短,一般只有1mm左右,有的甚至更短.由于组织芯片、细胞芯片等需要进行实时添加药物与试剂,工作距离越大操作越方便,因此扫描仪光学系统需要具有很长的工作距离.介绍了一种用于组织芯片、细胞芯片扫描仪的新型光学系统.该光学系统的工作距离为15mm,数值孔径为0.67,物方分辨率＜350nm.这种新型光学系统首先是要确定物镜的光学结构,然后再通过计算机辅助设计方法设计出成像质量优良的物镜.

偏振像差是影响光学系统性能的重要因素之一,尤其对偏振有严格要求的光学系统来说更是如此.论述了偏振像差的理论和偏振光线追迹的方法,并对旋转对称光学系统、倾斜偏轴光学系统的偏振像差进行了分析,指出了薄膜设计对偏振像差所产生的重要影响.介绍了提高光学系统偏振精度的几个方法,包括尽可能的减小入射角、薄膜设计的优化和像差之间的相互平衡.

通过选取三镜消像散（Three-mirror anastigmat，TMA）的结构形式介绍了共轴系统离轴使用的方法。TMA系统由三个二次曲面镜、一个变形镜和一个快速稳像镜构成。根据三镜系统的初级像差理论推导出了系统的初始结构，利用自动光学设计软件Zemax对初始结构进行了像差优化设计。采用两种优化方法来保证系统的出瞳与变形镜重合，以便于校正主镜的剩余误差。所设计出的光学系统的成像质量可接近衍射极限，满足了系统对成像质量的要求。