传统整流罩为半球形或半球形的一部分, 产生的空气阻力较大, 不利于**飞行速度的提高。基于空气动力学性能的考虑, 采用共形整流罩的光学技术被提出。文章描述了二次曲面共形整流罩外表面、内表面的设计方法及面型表达式, 通过在CODEV中建立共形整流罩的扫描成像模型, 应用Zernike多项式分解法研究了不同长径比、边缘斜率、口径比和回转中心位置对离焦像差(Z4)、像散(Z5)、彗差(Z8)和球差(Z9)的影响规律。研究结果表明: 二次曲面共形整流罩引入的离焦像差、像散、彗差和球差均随着长径比、边缘斜率和口径比的增加而增大, 但对成像系统回转中心的位置不敏感。因此, 在满足**的空气动力学性能条件下应尽量减小长径比、边缘斜率和口径比, 回转中心的位置主要根据结构需要进行设计。

针对目前实时定量PCR荧光检测仪系统中存在的检测效率低、体积大等问题, 提出了一种基于传统单通道共聚焦型光路改善组件的方法, 使激发光路和荧光收集光路共用一个大孔径透镜, 并在该透镜的下方围绕多个激发光准直光路, 同时在荧光收集光路中添加多个二向色镜, 实现多通道荧光的同时检测。运用Code V软件设计出准直透镜和聚焦镜, 将透镜数据导入到Lighttools软件中进行仿真模拟, 结果表明, 光学系统解决了现有实时定量PCR荧光检测仪中存在的问题, 检测效率是原系统的2倍以上, 体积比传统单通道集成的结构小2倍以上。

结合点云统计学特性和形状特征,提出了带方差补偿的多向仿射变换点云配准算法,将求解放缩因子问题转化为求解带方差的超定非线性方程组,并通过二次曲面拟合对噪声方差进行最小二乘无偏估计。引入点云全局向量特征相似度,以相似度最大化求真解。将多向仿射变换点云配准转化为刚性配准,并利用主方向法配准点云。仿真结果表明,针对点云随机丢失和带噪声的点云配准情况,所提算法比现有配准算法的配准精度更高,并且配准耗时更短。

为提高静脉注射的成功率，设计了一款头戴静脉显示光学系统，该系统由红外成像系统与穿透型目镜式头戴显示器组成。近红外成像系统具有F/1.59的大数值孔径，利于弱红外散射光的收集成像，设计中采用了旋转对称的二次曲面设计，系统的质量是相应球面系统的77.8%。穿透型头戴显示器结构简单紧凑，采用了旋转对称的二次曲面设计，系统的质量是相应球面系统的55.6%。设计结果显示，近红外成像系统成像质量优异，分辨率可达扩展图形阵列(XGA)(1024 pixel×768 pixel)。穿透型目镜式头戴显示器具有10 mm的出瞳直径，50 mm的出瞳距离，0.068D的最大场曲(D为屈光度)，0.372%的最大相对畸变以及XGA(1024 pixel×768 pixel)的显示模式分辨率。双目光学系统的总质量为44 g。较之现有的静脉显示系统，本系统具有结构简单紧凑、数值孔径大、分辨率高、重量轻等特点。

在非球面的检测中，工艺球面补偿检测是最普遍的方法。针对该方法适用范围的局限性，本文提出了应用工艺球面补偿检测时非球面所必须满足的条件。根据波像差理论和瑞利判据，推导出凸二次曲面能够应用工艺球面补偿检测所必须满足的条件，并采用有限距离正面补偿检测的方法，对工艺球面补偿检测的局限性提出了改进。最终结果表明本文所提出的理论能够判定，所需要研制的凸双曲面镜不能直接应用工艺球面补偿检测，而组合补偿检测方法能够保证凸双曲面的面形精度δPV=0.159 8λ 优于λ/6(λ=632.8 nm)，满足技术指标。

在现代的空间光学遥感器中, 越来越多地使用二次非球面光学元件代替以往的球面光学元件, 消除球面镜不能消除的像差。二次非球面的几何参数包括其顶点曲率半径和非球面系数, 它们对相机的性能有着重要的影响。三座标仪的使用使得二次非球面几何参数的测量变得方便快捷。在三坐标测量数据基础上, 给出了一种新型的二次非球面几何参数计算方法, 通过采集座标点、寻找旋转轴、计算法线像差等步骤求解出顶点曲率半径和非球面系数。通过仿真分析和实验验证, 顶点曲率半径的计算精度可达0.01%, 非球面系数的精度可达0.0002。

椭球形整流罩产生较大的空气阻力，限制了精确制导**的作战性能。以减小空气阻力为主要目标，针对二次曲面共形光学整流罩进行研究，设计综合性能较为完善的整流罩面型。应用计算流体力学方法，计算了共形整流罩的空气阻力系数，建立了共形整流罩空气阻力评价函数。基于光线追迹理论，以不同目标视场下的平均波前误差作为像质评价指标，构建了共形整流罩像质评价函数。以雷达散射理论为基础，计算了整流罩的雷达散射截面积，给出了共形整流罩雷达散射特性评价函数。结合空气阻力、光学成像质量和雷达散射特性，建立了二次曲面共形整流罩综合性能评价函数，确立了长径比为1.5的抛物线型整流罩具有较好的综合性能。相比椭球形整流罩，该抛物线形整流罩减少了约1/3的空气阻力。

提出一种基于角度分割逼近算法和粒子群算法计算二次曲面轮廓度误差的最小区域评定方法来准确评定任意位姿的二次曲面轮廓度误差。首先, 给出了能够实现角度分割逼近算法的两条前提假设; 基于假设, 给出了更合理的算法网格布局递推公式。根据曲面轮廓度误差的定义建立了误差评定的精确模型。然后, 采用角度分割逼近法求取测点到拟合二次曲面轮廓的距离; 通过粒子群算法, 以所有的点与二次曲面距离中的最大值为适应度值拟合出二次曲面一般方程, 并实现被测轮廓与理论轮廓位置的匹配。最后, 采用上述方法对某抛物面天线进行了评定, 并与参数分割法、SMX-Insight和最小二乘法进行比较。实验结果显示: 该方法测得的天线轮廓度误差为0.659 8 mm, 比其它方法准确。结论表明: 基于角度分割算法能够更有效地评定任意位姿二次曲面轮廓度误差, 计算准确、迅速, 而且无需确定待分割区域。

通过LightTools软件实现针对大功率LED阵列光源的窄幅配光系统的设计。首先,分析了抛物面反光杯的焦距和出光口径与半峰边角的关系,并由此关系确定了15°半峰边角要求下所需的抛物面反光杯的初始面型参数值;其次,在二次曲面范围内对初始面型的面型常数k做进一步的优化,得到最佳的反光杯面型;再次,改变光源和反光杯焦平面之间的相对位置,来消除光强轴线方向的凹陷;最后,实现了窄幅投光灯的配光设计。该设计方法对不同光束角要求的快速配光设计有一定的指导意义。