构型优化条件要求柱面聚焦透镜与待测样品位置重合, 造成实验实现的困难, 因此通过数值计算分析了柱面聚焦透镜位置对其余构型参数优化值、聚焦误差信号幅值及其非线性误差的影响。提出了聚焦误差热透镜技术的单柱面聚焦透镜测量构型, 并建立了基于热透镜光学相移理论的热透镜聚焦误差信号理论模型, 获得了构型优化条件。计算结果表明:当柱面聚焦透镜与待测样品间距小于0.7倍的柱面聚焦透镜焦距时, 探测和激励光斑半径优化值与理论优化值基本一致, 探测器与聚焦透镜间距略有增大, 聚焦误差信号大于0.85倍的理论极值, 探测光最大光学相移小于0.2 rad时非线性误差小于1%。证明了聚焦误差热透镜技术的单柱面聚焦透镜测量构型的可行性。

为满足宽波段高光谱 Czerny-Turner 结构光谱仪的要求, 基于像差理论, 一方面通过光栅产生的像散补偿球面反射镜的像散, 另一方面通过柱面镜引入相反像散补偿剩余像散, 达到全波段消像散的要求, 从而提高 Czerny-Turner 结构光谱仪成像系统的分辨率。首先理论推导出光栅和柱面镜补偿像散的基础公式, 并基于此分别设计出波段为 900～1700 nm 和 1700～2500 nm 全波段消像散的 Czerny-Turner 光谱仪成像系统, 随后通过前置光路将两部分组合, 从而实现波段范围在 900～2500 nm 的消像散 Czerny-Turner 结构光谱仪成像系统。此光谱仪系统全波段分辨率小于 10 nm, 物方数值孔径 0.07, 全波段点列图均方根半径小于 4 μm。ZEMAX 的优化分析表明, 该光谱仪在全波段范围内不仅达到消像散要求, 而且具有较好的成像质量。

基于柱面透镜修正Otto结构产生的表面等离子体共振(SPR)效应,提出一种测量金属薄膜厚度的方法。该方法无需用s偏振光提取背景光强,可直接利用在p偏振光入射条件下得到的单幅SPR吸收图像拟合背景光强,进而得到竖直方向上的归一化反射率曲线。从而建立光学薄膜模型并拟合了反射率曲线,反演出待测金属薄膜的厚度参数。实验对一个纳米级厚度的Au膜样品进行测量,测量结果表明,Au膜的平均厚度与商用光谱椭偏仪的测量结果之差为0.1 nm,验证了该方法的有效性。

为了提高鱼眼镜头在单机位球幕放映系统中的像素利用率，提出了二向异性鱼眼镜头的设计思想。通过理论分析柱面透镜的特性，给出了柱像散对各向度焦距的函数关系，也给出了弧矢和子午二向度共面成像的焦距配置关系；对二向异性鱼眼镜头结构进行了分析与设计，通过在镜头结构中引入柱面透镜，使之具有各向度差异化的渐变式焦距，该镜头在相同工作视场条件下，实现了弧矢和子午两向度的像高差异，形成了各向异性的映射规律。所设计的镜头光学结构中含有4个弧矢柱面和一个子午柱面，弧矢和子午向度的最大像高比为1.52∶1，且具有较高的分辨能力。利用二向异性数字鱼眼镜头构建单机位球幕电影放映系统与使用传统鱼眼镜头相比至少可提高像素利用率52%。

研究多视点裸眼立体显示视区变换, 提出一种利用压缩视点间距提高立体显示运动视差连续性的方法, 实现只需人眼微小的空间位移就可获得立体图像的更换。以四视点柱面透镜光栅裸眼立体显示为例, 对成像原理进行了研究, 推导出视点间距压缩后立体显示系统各个参数之间的关系, 并重点分析了立体显示视区的周期性特征。采用TracePro光学软件进行仿真论证, 结果表明, 通过压缩视点间距, 在没有引入新串扰度分量的前提下, 可有效提高立体显示视点的连续性。

在LED双面平板照明灯具中，为实现侧入式近场均匀照明，研究了一种LED柱面透镜阵列自由曲面投射器。根据非成像光学理论中的边缘光线原理，采用直接法和重叠法设计投射器的表面形状，利用反射旋转面和折射旋转面以及柱面透镜阵列将LED光源发出的朗伯光重新分配。建立侧面近场均匀照明的柱面透镜阵列自由曲面投射器模型，用TracePro软件对所设计的模型进行光线追迹仿真，结果表明，当不考虑反射损耗时投射器的出光效率达到96.03%，在投射器侧面的面板上面积为240 mm×360 mm的照度均匀度达到95.6%。

介绍了三维显示技术的研究现状，综述了狭缝光栅和柱面透镜光栅在自由立体显示技术中的重要应用。回顾了各种光栅式自由立体显示系统的结构和原理；提出了如何根据狭缝光栅和柱面透镜光栅的特殊光学性质，在传统的立体显示系统中添加各种光栅形成灵活组合结构来提高立体显示效果，强调了它们在减小串扰、增大视场角、避免摩尔条纹以及提供更全面的三维信息等方面的作用。最后指出基于两种光栅的叠加构成面积大、参数均匀、价格低廉的新型透镜可实现全视差立体显示，对探索自由立体显示技术的研究很有意义。

针对近年来应用颇多的两种较特殊的光学元件——角锥棱镜和柱面(透)镜技术表述的不同形式,为使之逐渐趋于规范和统一,参照国外现行的一些技术要求以及国内公司几年来实施的具体事例,给出若干说明、建议、指标和数据处理方法,尤其推荐用光束平行差的均方差来替代最大光束平行差的指标,是评定角锥棱镜技术特性中一项关键的新指标。

文章旨在提出一种用于激光直写合成全息拍摄的全息光学元件的制作技术。实验结合激光直写合成全息拍摄时所需柱面透镜的功能，参考全息光学元件的制作原理来制作图像柱面压缩全息光学元件，实现柱面透镜的光学功能，并使元件具有大面积、短焦距、会聚光均匀分布的特点，满足激光直写合成全息拍摄对图像的需求。通过实验，应用自制全息光学元件拍摄出来的全息图具有较好的水平视差和较大的视场角，并具有较高的衍射效率。实验和理论分析表明,用文章所提出的图像柱面压缩全息光学元件来代替传统的光学元件，进行激光直写合成全息图的记录是一种十分可行的,可以有效改进图像质量，提高光能利用率的方法。