数码裂隙灯显微镜主要用于眼科疾病的检查,而前置物镜作为数码裂隙灯显微镜的重要组成部分之一,影响整个系统的成像质量。根据体视显微镜平行光路系统的原理,利用Zemax软件设计并优化一款高性能数码裂隙灯显微镜前置物镜。实验结果表明:低倍光路和高倍光路的最大均方根半径值分别为2.3 μm和5.1 μm。在空间频率为115 lp/mm处,低倍光路时全视场的调制传递函数(MTF)值达到0.30,接近衍射极限,分辨率较高,高倍光路的MTF值在0.15以上,满足眼科使用要求。最后进一步分析偏心对系统引入的彗差和像散的影响,所得结果为加工和装调提供理论依据。

为了满足地物成像光谱分析的需要，设计了同轴安装、体积小、重量轻的适用于无人机载的棱镜-光栅-棱镜型可见近红外成像光谱仪.通过角放大率选择、光焦度分配、相对孔径计算设计了视场较大的前置物镜；通过光栅方程求解、体相位全息光栅布拉格条件约束、棱镜折射定律设计了光谱系统的初始结构；通过工作光谱上下限出射角与探测器光谱维宽度的关系确定了成像物镜的焦距；通过出射光角度明确了出射光谱的非线性.设计的无人机载成像光谱仪工作光谱范围为400~1 000 nm，视场角为40°，全工作波段在空间截止频率20.8lp/mm处的传递函数值均大于0.67，光谱分辨率小于3 nm.装调了无人机载成像光谱仪对室外绿化树木进行光谱推扫成像实验，实现了树叶的多光谱成像.该成像光谱仪能够有效实现光谱成像，性能良好.

利用光学设计软件Zemax设计了一套具有6×, 10×, 16×, 25×与40×放大倍率的五档式数码裂隙灯显微镜光学系统.在传统体视裂隙灯显微镜光学系统结构的基础上将数码型裂隙灯显微镜划分为共用前置物镜、伽利略望远镜、摄影物镜三部分, 用平行式伽利略望远镜系统结构来改变倍率.研究了共用前置物镜、伽利略望远镜及摄影物镜的光学特性与技术指标要求, 选取了合适的透镜类型.在共轴时拥有良好的成像质量基础下, 将光学系统过渡到非共轴情况, 再进行优化.优化后除40×时衍射极限较低外, 在6×, 10×, 16×, 25×情况下系统调制传递函数曲线值在空间频率为115 lp/mm处基本大于0.2, 点列图显示不同倍率下的弥散斑大小均基本小于艾里斑.该光学系统具有良好的成像效果, 且整体结构简单, 易加工, 成本低, 其性能很好地满足了整机要求.

在大截面传像束前置光学系统设计中,采用“负-正”型式的像方远心光路结构,在像差校正过程中引入偶次非球面和弯月形厚透镜,可较好地解决镜头轴外像差校正与像面照度均匀性问题,同时使镜头结构紧凑、小型化。通过理论计算和优化,给出工作在660 nm,焦距f′=1.22 mm,相对孔径D/f′=1∶3,视场角2ω为60°的镜头设计实例。设计结果表明：该镜头各视场在40lp/mm空间频率处的MTF值超过0.8,全视场畸变小于0.05%,场曲低于50μm,像面照度均匀,像质优良,满足像方远心光路要求,可用于实际观察和测量。