近年来，内窥镜广泛应用于不同环境下管道内壁疵病检测。针对不同口径炮管内壁高精度疵病检测需求，通过设计一款大视场、短焦距的广角内窥镜头，实现对 Φ76～Φ155 mm 口径范围内炮管内壁的全景成像，确定内壁疵病位置。同时可以旋转整个镜头对炮管内壁进行侧视成像，实现对炮管内壁不同区域疵病 0.5 mm 的高精度测量。该系统基于Zemax 设计软件，采用反远距物镜设计思路，利用非球面改善系统成像质量。最终实现光学系统视场为 120°，焦距为 2.5 mm，总长小于 30 mm，最大畸变值小于 15%，在探测器截止频率 84 lp/mm 处全视场均大于 0.3，且光学系统结构简单、适用口径范围广、有较好的成像质量，满足炮管内壁疵病检的要求。

环境扫描电子显微镜（ESEM）能够在低真空环境模式下对含水、含油以及生物等样品进行高分辨率观测。由于电子束通道与样品室间存在着极大的真空压差，采用真空差分结构会导致出现物镜的工作距离增加、偏转范围缩小、电子束和气体碰撞概率增加等问题，最终影响成像分辨率和效率。针对这些问题，本文从电子光学理论出发，综合考虑了ESEM中物镜结构和真空差分结构，将两者结合在一起进行优化设计，提出了一种具有可变真空结构的物镜设计方法，并搭建了实验平台，开展了物镜磁场测试、真空压差测试和分辨率测试。测试结果表明，在目前实验条件和133 Pa的低真空环境模式下，工作距离为15 mm时，20 μm×20 μm的扫描场对应的成像分辨率优于50 nm。

我国鼻内窥镜受加工, 装调等因素的影响, 内窥镜在实际使用时的分辨率及像差情况要明显差于设计水平, 论文经过公差分析, 得出偏心公差对结果影响巨大, 基于以上问题, 文章在设计的一款视场角为80°, 入瞳直径为0.2mm的鼻窦物镜基础上, 模拟装调误差, 提出在不改变装调后鼻窦物镜机械结构的前提下, 在物镜保护玻璃前方加入掩膜相位板补偿装调误差导致的成像质量下降; 从设计结果可知, 添加掩膜相位板后系统传函图从在空间频率30lp/mm等于0提升到170lp/mm大于0.2; 用N3鉴别率板检测系统分辨率, 物方可分辨18组左右, 物方分辨率为15μm。由此可知在补偿掩膜相位板的设计中, 在不改变原设计基础上, 可明显提高像质。

针对基因测序、半导体检测、工业显微镜及生命医疗等领域对显微物镜日益增长的技术需求，成像谱段向着宽谱段深紫外（DUV）方向发展，目前非浸液式显微物镜存在数值孔径（NA）低、视场小、宽谱段内色差严重等问题。基于此，提出一款折反射式物镜。所提折反射式物镜具有宽谱段、高数值孔径、消色差等优点，根据折反射式结构的消色差光学特性，镜片只采用一种材料就可以校正色差。系统由12片镜片组成，数值孔径为0.91，成像谱段为深紫外到可见光（275~600 nm），最大视场为0.3 mm，系统全视场全谱段波像差小于0.033λ，消除了二级光谱，成像质量满足使用要求。

为满足夜间低照度天候条件下装备维修保障需求, 设计了一款大相对孔径的可见光/近红外波段的复消色差物镜。通过选择合适的光学玻璃材料, 在可见/近红外波段很好地校正了二级光谱。设计完成的大相对孔径物镜焦距3.75 mm, F#为1.2, 视场70.25°, 畸变 -17.5%, 系统总长40 mm。该共焦型物镜在486~950 nm光谱范围条件下, 无需调焦即能满足夜间观察使用需求, 为低照度夜视头戴系统光学模组研制提供了新的技术手段。

针对红外探测器件大阵面技术缺乏、单孔径红外探测系统难以兼顾大视场和高分辨率等问题，设计了一种基于压缩感知技术的红外大视场高分辨成像系统。该系统由成像物镜和中继透镜组成，成像物镜对场景进行大视场高分辨率一次成像，一次成像的像面经空间光调制板的调制后由中继透镜二次成像在探测器阵列，利用图像重建算法可将探测器阵列接收的图像进行恢复。设计结果显示，所提系统的工作波段为3.8~4.8 μm，成像物镜具有F/1.999的大数值孔径，视场为±16°，像元数达到1280×1024，中继透镜像元数达到640×512，成像质量完全匹配所选的探测器阵列。此外，对比现有红外单孔径探测系统，所设计的系统具有大视场、高分辨、结构简单紧凑等优势，在航空遥感探测领域具有较大的应用前景。

基于光谱共焦的碱金属气室壁厚测量传感器是通过直接测量光波波长信息来得到透明材料厚度值, 是一种非接触式厚度测量传感器。色散物镜是厚度测量传感器的核心部件, 色散物镜的线性度和色散范围决定了厚度测量传感器的精度和分辨率。文章介绍了基于光谱共焦的厚度测量传感器的原理, 分析了波长信息与轴向色散范围之间的关系, 利用ZEMAX光学设计软件对色散物镜进行设计, 采用多重结构进行优化。在420~620nm的波长区间内实现0.801mm的轴向色散范围,使用最小二乘法对波长和轴向色散进行线性拟合所得线性度为0.9975。配合0.001nm的高分辨率光谱仪, 传感器测量精度可以达到纳米级, 满足对碱金属气室壁厚高精度测量的需求。

针对大口径空间天文望远镜稳像精度测试的难题, 提出了一种高时空分辨率运动导星模拟方案。利用硅基液晶作为运动导星模拟源, 结合光束准直系统为空间天文望远镜提供无穷远运动导星, 并且通过在光路中加入物镜来提高模拟导星的运动分辨率。针对望远镜像面结构的特殊分布, 提出利用多路模拟的方法, 分别为望远镜两侧精密导星仪以及巡天像面提供实时运动导星。最后, 对影响运动导星模拟精度的各项误差进行分析, 进而建立了误差模型。仿真结果表明: 在运动导星模拟精度优于0.5″的概率为95%, 时间分辨率为3 ms的前提下, 动态星图星间角距误差小于0.04″, 单星张角小于0.02″。通过实验验证了导星模拟模型的正确性, 该模型基本满足空间天文望远镜稳像精度测试所需运动导星目标高时空分辨率的要求。