现有的光谱共焦显微镜色散物镜的量程大多在数毫米量级, 为满足工业测量领域对大量程线性色散物镜的需求, 文章从线性色散物镜设计原理出发, 采用高性价比环境友好型光学玻璃, 设计了一款仅由五片全球面镜片组成的超大量程线性色散物镜。设计结果表明, 该物镜在400~700nm波长范围内的轴向色散达到30.44mm, 且色散-波长线性度高于0.99, 具有优异的线性关系, 理论分辨率可以达到2.034μm。

利用遮光阴影和频谱分析原理，对多种情况下的莫尔条纹表达式进行了分析和仿真验证，得到了两光栅圆心距和明条纹交点族序数对椭圆和双曲线莫尔条纹族形状的影响规律。研究结果表明，双曲线莫尔条纹族比椭圆莫尔条纹族更有利于识别与计量。基于同心圆光栅的透过率函数和计算全息，利用空间光调制器生成了同心圆光栅莫尔条纹，通过放大处理和选用合适的低通滤波器，得到了工程中应用比较广泛的双曲线莫尔条纹。

通过动态链接库方式在Zemax中建立Q-type非球面接口，利用Q-type非球面设计了一款工作在可见光波段，垂直半视场为30°～110°，焦距为-1.25 mm，F 数为5，系统总长为28.7 mm 的全景环带光学系统(PAL)。该光学系统由7 片透镜组成，包含6 片球面镜和一片两面均为Q-type 面型的非球面镜片。对设计结果进行了分析，全视场FTheta畸变小于1%，在奈奎斯特空间频率83 lp/mm 处调制传递函数(MTF)高于0.5，成像效果接近衍射极限。为验证Q-type 非球面在PAL 设计中的优越性，实际设计了一个与Q-type 面型PAL 具有相同参数的偶次非球面PAL，对两者进行了分析比较。结果表明，在相同的计算平台下，Q-type 非球面多项式系数的有效数字比对应的偶次非球面的多3~6位，有效减小了优化过程中计算机数字系统截断误差对优化过程的影响，有利于提高光学系统优化设计效率、提高非球面光学零件的加工精度和检测精度。