为了找到更加精确的广角物镜系统像面相对照度计算方法，分析了现行像面照度公式成立条件的局限性，提出了基于孔径光阑约束模式的矢量光线追迹计算光通量的方法。通过矢量分析和推导，给出了孔径光阑约束的轴外视场光束在第一光学面上形成的照射区的特征点坐标及照射区面积表达式；依据朗伯体辐射条件和规律，从物镜系统物方着手，建立了两种共轭条件的物镜像面照度分析模型；针对具有物方大视场角特征的相似成像物镜系统和非相似成像物镜系统，分别推导出了像面照度及相对照度表达式；指出了光学设计过程中提高像面相对照度的基本策略。

采用“非相似”成像原理, 利用Zemax光学软件设计了一款适用于160 cm(0.63英寸)3LCD数字投影机的球幕投影数字鱼眼镜头。镜头结构是一种反远距型光学结构, 由5组6片球面透镜组成, 具有结构简单、易加工等特点。镜头全视场角为180°, 焦距为3.28 mm, 相对孔径为1/1.9, 后工作距离为35.8 mm, 光学总长为196 mm。镜头具有较高的成像质量, 在50 lp/mm处, 各个视场的MTF值均大于0.4, 最大垂轴色差为4.5 μm, 全视场的F-theta畸变绝对值小于3%, 最大视场的像面相对照度达到96.27%。

为了解决现有超广角数字投影镜头存在的缺陷和不足, 并与不同类型和规格数字投影机的超广角投影匹配, 给出了8组9片式超广角数字通用型投影镜头的光学系统设计.镜头焦距为8.76 mm、全视场角达到97°、F数为2.12、后工作距离大于34 mm、最大口径小于96 mm、总长小于200 mm,结构中加入了1个偶次非球面, 较好地校正了轴外像差与畸变.用减少透镜数量和增大相对孔径的办法提高了像面照度；通过增大光阑慧差及减小像方半视场角, 提高了像面相对照度, 其值达97.46%以上.通过合理确定棱镜等效厚度及调整结构布局, 使结构适配光学引擎中棱镜的有效光学厚度为16.5~23 mm.设计的镜头分辨率达120 lp/mm、全视场相对畸变绝对值小于1.5%.结果表明: 该镜头可满足0.55in~ 0.76in 3LCD和1DLP类型的各种数字投影机的使用, 最小投射比可达0.53∶1, 投影画面偏移量最大达到389 mm, 结构简单, 体形小, 成本低, 成像质量好, 可批量化生产.

设计了一款折叠式微型数码镜头。该镜头的 F数为 3，视场角为 52°，总长度为 6.67 mm。该系统具有良好的成像品质。子午和弧矢 MTF曲线在 0.73视场、空间频率为 285 lp/mm值大于 0.3，系统的畸变约为 -1.3%，该系统在最大视场处的相对照度约为 70%左右，横向色差在 0.9视场附近最大，约为 0.42 μm，小于单个像素的尺寸。

设计了一款2.4倍变焦距的紧凑型数码镜头，焦距的变化范围是3~7.2 mm，视场的变化范围是62°~30°。该镜头是个3组结构，第1组是个固定组，2，3组是变倍组，共有4个透镜。该镜头组是一个典型的负正正（NPP）结构，第1组是一个负透镜，第2组是一个正透镜组，第3组是一个正透镜。其中，第2组包含两个透镜，这样有利于色差的控制。镜头中所有透镜的材料均为塑料材料。调制传递函数被用来评价变焦距系统的成像质量。变焦镜头的调制传递函数值在空间频率142 lp/mm，0.7视场处，均大于0.3。该镜头的总长度为10.7 mm。该镜头的像质可以很好地满足消费性电子产品的要求。

基于非成像光学的étendue量对液晶投影显示照明系统和投影物镜进行匹配,对液晶投影物镜的相对照度进行分析,根据étendue量计算照明系统液晶板照明面的发光强度分布,与根据朗伯体服从余弦分布的计算相对照度的算法进行比较,并对相对照度的Rimmer算法进行修正,分析和实验表明,修正算法得到的投影物镜相对照度计算更符合实际情况,对于投影物镜确定渐晕系数、校正像差有利.