为了解决投影系统的畸变大、尺寸大和能量利用率低等问题，基于双高斯结构与自由曲面照明系统设计一个新型小畸变投影系统，主要针对自由曲面的建模方法与光路结构开展光学系统的设计。根据边缘光线理论与斯涅耳定律，采用数值迭代法来设计自由曲面照明系统。仿真结果表明，照明系统的照度均匀度可达87.86%，能量利用率可达94.38%。成像系统采用双高斯结构作为初始结构进行设计，投影系统经过非球面优化后的畸变为0.26%，光学传递函数在93 pl/mm的频率处大于0.8，35°边缘视场处大于0.6，而且该投影系统的成像质量高并且结构紧凑，镜片数量少。通过公差分析可知，Q5公差等级满足系统的性能要求，公差要求较低。

印刷电路板组件在生产过程中存在锡膏错位、少锡和破损等问题从而导致产品质量下降，因此高精度锡膏检测对提高良品率有重要意义，在行业内受到广泛的重视。目前普遍采用的相位轮廓测量法需将光栅条纹投影到PCBA上，通过检测条纹的畸变来发现电路板的缺陷，而条纹投影精度很大程度上决定了系统的检测精度。因此设计一个高质量的投影物镜，是完成这一类检测所必需的。采用光发光二极管(LightDiode，LD)作为照明光源，镜头结构采用经典双高斯形式，并利用Zemax软件进行优化。设计结果表明镜头性能接近衍射极限，其调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)在30 lp/mm处均在0.4以上，最大畸变小于0.3%。该镜头实现了光栅条纹的高精度投影，设计结果和方法可以对电子装备制造业中的光学仪器设计等领域提供参考。

为了解决三维测量仪器的小型化问题,设计了一种数字投影结构光三维测量仪光路结构,并用Zemax软件进行了性能优化。该结构分为投影光路和照相光路,投影镜头采用反远距结构,由5片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.35。照相镜头采用双高斯结构,由6片透镜组成,全视场调制传递函数大于0.12。两镜头口径均小于14 mm,长度小于40 mm,像面照度均大于90%,可以对80~120 mm远的物体进行测量。投影图像像素密度为1 028×768,相机拍摄图像像素密度为1 280×960,在工作距离100 mm处可以测量28 mm×21 mm的表面。镜头全部采用球面透镜。该结构具有测量精度高、成本低、加工容易、体积小等优点。

双波段共孔径相机可兼顾近红外和可见光两者优势, 即能保证丰富色彩信息的获取, 也可充分利用近红外探测较好的穿雾和高灵敏度弱光探测能力。设计了工作波段为450 nm～650 nm和750 nm～900 nm的双波段共孔径相机, 其视场角为35°×20°, F数为1.5, 采用全球面复杂化双高斯结构。设计结果表明: MTF>0.4(@50 lp /mm), 系统弥散斑<10 μm, 畸变<3％, 可满足指标要求。