通过分析光学系统结构参数变化对像差的影响, 提出通过优化各光学表面的曲率进行光焦度合理分配来减小各表面产生的初级像差, 从而实现降低各加工装调公差灵敏度的方法.利用该方法优化了一个小像差相互补偿的焦距为25 mm, 全视场角为26°, 入瞳孔径为18 mm, 光谱范围为500 ~800 nm的大视场纳型星敏感器光学系统, 系统全长40 mm, 光学系统成像质量满足指标要求.与所设计的大像差相互补偿光学系统进行了公差灵敏度对比分析, 结果表明：光焦度合理分配后的光学系统, 第5片透镜的厚度公差对均方根弥散斑半径的影响从3.75 μm降低到0.17 μm; 第5和第6元件间隔公差对均方根弥散斑半径的影响也分别从4.36 μm和4.74 μm降低到0.25 μm和0.18 μm.蒙特卡罗分析表明, 均方根弥散斑半径小于7.59 μm的概率从23%增加到了80%.实验测试结果表明, 星敏感器在全视场范围内, 能量集中度在Φ17 μm范围内优于80%, 满足星敏感器的指标要求.

在光学设计阶段，公差的分配直接影响着镜头加工的成本以及镜头的实际成像效果，因此在设计过程中考虑现有工艺基础，对镜头的公差灵敏度加以控制是设计过程中的一个重要环节。根据镜头几何像差理论，结合Zemax软件设计了一款大孔径高清工业短焦镜头。通过软件公差分析算法可知，镜头后组公差灵敏度过高。通过编写的特殊光线追迹程序，分析得出光学系统中敏感面产生公差较为严格的原因。针对孔径角和高级像差变化的关系，提出了设置最优化光线孔径角的方法，有效地控制了公差的灵敏度。

针对高分辨力CCD 探测器(1 k×1 k，6.3 μm×6.3 μm)，确定了一个可见光波段连续变焦光学系统，传递函数(MTF)接近衍射极限。本文通过公差分析可知前固定组和变倍组的公差灵敏度非常高，对加工和装调提出了苛刻的要求。该方法根据设置前固定组轴向移动补偿和焦面轴向补偿来降低前固定组的公差灵敏度和提高系统成像质量，并分析了前固定组轴向补偿机械结构的可行性。通过分析公差灵敏度产生的原因，提出对敏感表面上的入射角进行合理优化设计以有效降低公差灵敏度。实验结果表明，在不增加成本的前提下降低加工和装调难度，提高系统整体性能。