目前市面上的水下镜头以视场角小、光学总长大的镜头为主。利用超短焦距的方案，从6片玻璃镜片的初始结构出发，结合水下成像镜头的特点，设计了一款500万像素的超短焦水下广角监控镜头。其全视场为95°，焦距仅为3.1 mm，系统光学总长为32.8 mm，后工作距为5.3 mm。该镜头由隔水窗以及由4片球面镜片和2片非球面镜片（包含滤光片和光阑）所构成的透镜组组成。在水下工作时，该镜头在全视场范围内的调制传递函数在250 lp/mm频率处都在0.3以上，同时中心视场系统的光学性能接近衍射极限，配合IMX675传感器能实现良好的成像效果。通过温度和公差分析，证明该镜头能适应水温变化，满足实际生产和装配的要求。

人脸识别和车牌识别是智慧安防领域的重要内容。人脸和车牌的特征尺度小、细节丰富, 对成像系统的空间分辨力有较高要求, 需要较大规模的探测器和高传函、小畸变的光学镜头。然而, 安防系统又要求广域监控, 需要使用视场大但具有一定畸变的广角镜头。因此, 设计既能精确识别人脸和车牌目标、又能广域监控的成像系统时, 应将精确目标识别作为约束来权衡高空间分辨力和大视场的性能指标以及估计识别距离。在这样的应用需求下, 本文提出了像素面密度对精确目标进行统一描述, 并提出了考虑广角镜头径向畸变的精确目标识别距离估算方法, 通过对存在旋转和平移的人脸和车牌目标进行计算验证, 结果表明: 考虑径向畸变后实际识别距离较理论识别距离近, 且人脸和车牌平移距离分别为 1m和 2m时, 实际与理论的识别距离差异高达34.2%和 27.5%。

为满足现代智能化设备和红外交互识别的需求，利用CodeV和Zemax光学设计软件设计了一款小型化红外广角镜头。该镜头使用３片塑胶非球面镜片和1片红外带通滤光片，其光学结构形式为负-正-正的结构；该镜头的F数为2.2，全视场最大角度为129°，系统机械总长3.8 mm。该设计在1/2奈奎斯特频率处各个视场的调制传递函数值均大于0.5。组装该镜头进行测试，其调制传递函数性能符合设计需求，可以较好地实现红外探测功能。

针对市场上现有红外广角镜头大多采用定焦结构且缺乏无热化设计的现状, 根据光学变焦系统的设计原理, 设计了一种有效焦距范围为10~24 mm(变倍比为2.4:1)、视场角变化范围为34°~90°、工作波段为8~12 μm、F/#为2.8的无热化连续变焦广角镜头。考虑到红外镜头多用在温度变化较大的使用环境中, 系统设计选用了硫系玻璃NBU-IR2(Ge20Sb15Se65)以及常规红外材料锗(Ge)和硫化锌(ZnS)制备的六片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度及其空气间隔等参数, 在连续变焦设计的基础上实现了无热化的光学设计效果。实验结果显示, 系统在-40~60 ℃的温度范围内均可实现品质良好的红外热成像效果, 调制传递函数全视场范围内均大于0.25。系统结构较为紧凑简单、质量较轻, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面, 可有效控制光学系统的加工成本。整体设计适用于车载夜视等应用领域。

投影机更新速度快,高分辨率、轻便微小的投影机已是时代的需求。通过分析微型投影成像系统的特点,根据几何光学理论,用Zemax软件设计了一款投影显示芯片为0.61 inch(1 inch=2.54 cm)、投射比为0.68∶1的微型投影镜头。镜头由2片非球面透镜和6片常用玻璃材料透镜组成,结构简单,系统光学总长为60 mm,有效焦距为9.26 mm,后工作距离大于20 mm,最大口径小于23 mm,全视场(FOV)为80°,相对孔径为1∶2.2。在71 lp/mm 特征频率处,全视场的调制传递函数均大于0.5,全视场相对畸变小于2.0%,镜头成像质量好。对微型投影系统进行容差分析,得出一套较为宽松的公差,适合生产加工。

设计了一种工作波段为8~12 μm、有效焦距为5 mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理, 用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片, 通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量, 在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差, 设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点, 在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示: 系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像, 光学调制函数全视场内均大于0.4, 同时在110°视场角时畸变控制在5%以下; 实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻, 整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.

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。

为了满足国内外视场投影仪微型轻量化的趋势, 设计一款适用于德州仪器推出的1.19 cm (0.47 英寸)、1080 pix数字微反射镜片的微型广角投影镜头。镜头由7片玻璃(均为国内常见玻璃)和2片塑料(4面非球面)透镜组成, 结构简单, 易加工。透射比0.66: 1, 即在600 mm处投影出111.76 cm(44 英寸)的画面, 镜头有效焦距6.45 mm, F#: 2.1, 全视场86°, 系统总长46 mm, 最大口径22 mm, 在空间极限频率93 lp/mm处0.8视场以内传递函数值都超过0.62, 边缘视场的传递函数值超过0.43, 全视场畸变小于等于2%, 垂直色差小于等于0.18 μm。

为了满足汽车倒车需求，设计了一款结构简单、生产成本低廉的广角倒车镜头。镜头为4 片式结构，第1 片为玻璃，其余3 片为塑料，使镜头满足在恶劣环境下工作的要求。镜头F 数为2.8，水平视场为185°，且实验结果显示边缘视场畸变得到较好控制。设计的镜头已经开始量产。