针对基因测序、半导体检测、工业显微镜及生命医疗等领域对显微物镜日益增长的技术需求，成像谱段向着宽谱段深紫外（DUV）方向发展，目前非浸液式显微物镜存在数值孔径（NA）低、视场小、宽谱段内色差严重等问题。基于此，提出一款折反射式物镜。所提折反射式物镜具有宽谱段、高数值孔径、消色差等优点，根据折反射式结构的消色差光学特性，镜片只采用一种材料就可以校正色差。系统由12片镜片组成，数值孔径为0.91，成像谱段为深紫外到可见光（275~600 nm），最大视场为0.3 mm，系统全视场全谱段波像差小于0.033λ，消除了二级光谱，成像质量满足使用要求。

超短焦偏振折反射虚拟现实（VR）镜头是新兴的近眼显示光学解决方案，能满足用户对大视场、大出瞳和高清晰度的需求。本文详述了超短焦偏振折反射VR镜头的光路原理，说明了偏振折反射VR光学方案相较于传统VR光学方案的优势，并研究了低应力镜片的设计方法。为增加设计自由度，提出将非球面转化为环形拼接非球面，并介绍了拼接非球面的数学描述与优化策略。针对不同视场的像质差异问题，引入了像质自动平衡优化算法。采用上述方法先后设计了47°视场角和96°视场角的两款超短焦偏振折反射VR镜头，在像质平衡优化后，全视场调制传递函数值较采用普通非球面的系统提升了0.35以上。研究结果证明了环形拼接非球面在VR镜头设计中的可行性与高自由度优势，并体现了像质平衡优化算法的实用性。介绍了超短焦偏振折反射VR镜头的研发流程，原理样机的测试结果验证了该光学系统的良好显示性能。本文提出的设计方法对VR近眼显示设备的高清化与轻量化发展具有指导意义。

为了扩大镜像双目视觉传感器的视场范围,采用球面反射镜替换平面反射镜成为一种有效方案。但利用凸球面镜进行反射成像,将会导致图像质量和清晰度的下降,为此研究单相机镜像双目视觉传感器的光学特性。以离轴非中心式球面镜反射为研究对象,建立不同光学特性的成像模型,通过仿真和实验来定量分析球面镜参数对视场范围、分辨率和景深的影响,在给定工业相机和光学镜头参数的情况下给出双球面镜参数的设计方法。搭建基于单相机和双球面镜的视觉传感器,该传感器可以实现镜像双目视觉成像。通过分析基于球面镜反射的视觉传感器的光学特性,为新型镜像双目视觉传感器的设计提供了依据。

折反射式望远系统广泛应用于天文、航海等环境的观测需求。然而目前大部分的折反射式望远系统为提高其成像质量常采用非球面镜系统。由于非球面镜系统的镜头加工及组装等难度相对较高, 为避免此类问题, 论文利用Zemax OpticStudio光学设计软件设计一款具有易加工的全球面镜卡塞格林式望远系统。望远系统由一带孔的主反射镜、一次反射镜以及四个辅助透镜组成。其F数为2.6, 焦距为760mm, 工作波长在0.9~1.7μm, 线性拦光比为0.45, MTF值在频率35lp/mm内均大于0.5, 尺寸控制于Φ350×800mm以内。在上述技术指标的基础上, 该系统能有效地校正像差, 具有较好的成像质量。该结构方案有望为卡塞格林式折反射望远光学系统的设计提供新的思路。