针对现有多波段成像系统体积大、功耗高和集成化设计困难的问题，本文提出了一种基于单传感器的三波段共口径成像光学系统的设计方法。首先，在光学系统的光阑处设计1×2多波段透镜阵列，把可见光波段和短波红外波段同时成像在一个像平面上，并把两个波段中心波长的成像位置偏差控制在一个像元内以实现双波段融合成像。然后，针对双波段成像衍射极限不同的问题，提出分通道透镜阵列的离轴偏移量和通光口径大小联合优化方法，并采用双电动光阑高速控制三个成像通道的切换速度。最后，设计了一个基于单传感器的焦距为30 mm，工作波段分别为480~900 nm、900~1700 nm和480~1700 nm的三波段共口径光学系统。设计及分析结果表明该系统具有成像质量好、结构紧凑、无运动光学元件、成像波段切换速度快等优点。

为解决合成孔径成像激光雷达受制于相干天线定理的问题，扩大成像视场，提高相干收发光学系统效率，提出并研制了基于4×4尾纤式微透镜阵列接收的相干收发光学系统，建立了全视场光学系统耦合效率计算模型，完成了高精度的收发光学系统集成装调及系统光学效率测试。结果表明：发射链路与16路接收链路的光轴最优偏差优于4″，中心视场光学系统效率优于73.1%，全视场光学系统效率优于65.5%，可满足激光雷达成像试验要求。

Light field 3D display technology is considered a revolutionary technology to address the critical visual fatigue issues in the existing 3D displays. Tabletop light field 3D display provides a brand-new display form that satisfies multi-user shared viewing and collaborative works, and it is poised to become a potential alternative to the traditional wall and portable display forms. However, a large radial viewing angle and correct radial perspective and parallax are still out of reach for most current tabletop light field 3D displays due to the limited amount of spatial information. To address the viewing angle and perspective issues, a novel integral imaging-based tabletop light field 3D display with a simple flat-panel structure is proposed and developed by applying a compound lens array, two spliced 8K liquid crystal display panels, and a light shaping diffuser screen. The compound lens array is designed to be composed of multiple three-piece compound lens units by employing a reverse design scheme, which greatly extends the radial viewing angle in the case of a limited amount of spatial information and balances other important 3D display parameters. The proposed display has a radial viewing angle of 68.7° in a large display size of 43.5 inches, which is larger than the conventional tabletop light field 3D displays. The radial perspective and parallax are correct, and high-resolution 3D images can be reproduced in large radial viewing positions. We envision that this proposed display opens up possibility for redefining the display forms of consumer electronics.

为进一步优化传统反光杯在匀光、防眩光等方面的问题，基于Zemax仿真软件设计出了一种匀光性能优越的鳞甲反光杯。仿真结果表明，在杯前25 m处的配光屏幕上，最大光照强度为234 lx，中心HV点的光照强度大于0.80 E_max，各指标均符合国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》的要求。将鳞甲反光杯与微透镜阵列相结合，使配光屏幕上的最大光照强度减小至59.51 lx，在各项指标仍符合国家标准的情况下，该系统的光斑能量更加均匀，且中心区域的光强进一步降低，光斑边缘过渡更加柔和，防止汽车远光灯产生眩光的效果更好，可以大量应用于汽车前照远光灯。

目前手机摄像头已经具备在空间（x-y方向）和深度（z方向）维度上获取成像信息的能力，而在光谱维度的信息获取上一直停留在RGB三色上，受困于手机平台的尺寸限制，传统的成像光谱仪很难嵌入。本文基于多通道阵列滤光片、微透镜阵列成像和一体化集成制造技术，完成了系统整体设计、关键部件设计制造、整体装配，并实验验证了光谱成像。系统整体物理尺寸小于Φ6×6 mm，光谱分辨率为8 nm，光谱范围为0.53~0.68 μm。实验研究表明，对不同颜色的实物成像，可以获得物体任意部位的光谱曲线，验证了快照式光谱仪的设计指标。该光谱仪具备了嵌入手机的基本条件，此研究有望推动成像光谱仪在手机上集成应用。

本文提出了一种制备集会聚和发散功能一体化的液晶柱透镜阵列的方法。液晶柱透镜阵列呈“三明治”结构，从上到下依次为：上电极基板、液晶层、聚合物柱透镜阵列、下电极基板。为了将会聚和发散功能集成在单一液晶盒中，制备聚合物柱透镜阵列的紫外光敏胶的折射率（n_p）需介于液晶的寻常光折射率（n_o）和非寻常光折射率（n_e）之间。通过在下基板表面修饰图案化疏水层，利用亲疏水效应使得紫外光敏胶自组装形成表面光滑、尺寸均一的柱透镜阵列。所制备的液晶柱透镜阵列有两种调节聚焦和散焦功能的方式：一种是改变入射光的偏振方向；另一种是施加电场调控液晶层的有效折射率。实验结果表明：当外加电压从0调节到0.7 V_rms时，液晶柱透镜的焦距从-4 mm调节到∞；当外加电压在1~7 V_rms变化时，液晶柱透镜阵列的焦距从6.0 mm调节到4.5 mm。该方法制备的液晶柱透镜阵列具有制备方法简单、器件结构紧凑、驱动电压低、调焦范围大等优点，在成像、显示、光通信等领域具有潜在的应用价值。

在大幅面集成成像显示系统中，宏透镜阵列位置误差会严重影响成像质量。宏透镜阵列位置误差可以分为轴向位置误差和横向位置误差，理想情况下汇聚于重构点的像素在位置误差作用下将不再汇聚，这些像素将在其他点处成像。本文利用重构点到这些点的距离的平均值和方差对位置误差的大小进行了度量，并讨论了宏透镜阵列轴向位置和横向位置的测量方法，给出了宏透镜阵列轴向位置误差和横向位置误差的校正方法，从而缓解了宏透镜阵列位置误差对成像质量的影响，提高了显示效果。