为了降低眼球的自动调节功能对屈光度测量的影响, 建立了敞开视窗型自然验光仪光学系统。对该系统的光学成像特性、屈光度测量方法等进行研究, 提出了一种通过测量眼底反射像环的厚度来验光的方法（简称环厚法）, 同时还设计了一组适合环厚法的调焦光路来实现。首先, 介绍了敞开视窗型自然验光仪的光路结构及工作原理。接着, 通过理论分析得出屈光度与远点距之间的关系, 并提出环厚法用于测量远点距。然后, 在 Zemax软件中建立相应的光学模型进行仿真测试, 最后, 通过搭建相应的光学系统对九种模拟眼进行实验测量。实验结果表明: 九种模拟眼测量的相对误差控制在 7%以内。该光学系统具备结构紧凑、成本低、准确、稳定可靠等特点, 能够满足屈光度测量的要求。

图像清晰度评价函数可以反映调焦系统的调焦准确性。为了验证所选择的评价函数满足调焦准确性的要求,现选择在不同调焦位置拍摄图像并进行处理,找出最佳成像位置,然后利用调焦透镜的移动量与屈光度的关系计算出屈光度,与实际使用的模拟眼比较并计算误差。通过对不同屈光度的模拟眼分别测量,最终结果表明:该评价函数能够较好地满足调焦的准确性要求。

介绍了一种自动验光仪中调焦光学系统。通过研究自动验光仪中调焦光学系统的光学成像特性,首先建立调焦组的移动量与屈光度之间的关系,设计出系统的初始结构参数;然后在Zemax中建立相应的调焦光学模型,通过选取9个典型屈光度对结构参数进行优化;最后对优化结果进行分析与讨论。分析结果表明:所设计的调焦光学系统对-22D,-10D,-5D,-1D,1D,5D,10D这7个典型屈光度进行验光是可行的。

为解决ZnO温度传感器测温精度和集成化的问题，设计了一套测量光谱范围为350～450 nm，分辨率为0.1 nm的光谱监测系统。通过合理地选择光学系统的结构、计算各光学元件的参数和光路结构以及消除系统像差，实现了光谱监测系统的窄波段、高分辨率的要求。最终结果显示系统的体积为111 mm×83 mm×30 mm，基本满足系统可集成化的要求，可以做进一步的优化，公差分析使之满足加工需求。