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。

针对传统变焦腹腔镜调焦结构所需空间大、调焦精度难以保证等问题，提出了一种以液体透镜为核心元件参与变焦的腹腔镜光学系统，利用液体透镜代替机械变焦结构，实现了变焦功能。推导了液体透镜电压与焦距的关系方程，结合COMSOL软件设计并仿真了满足所需焦距范围的双液体透镜。用ZEMAX软件设计优化了腹腔镜液体透镜变焦光学系统，通过控制电压即可实现焦距5~15 mm范围内同一像面高清晰成像。在焦距15 mm时，全视场点列图均方根（RMS）半径为6.694 μm，在焦距5 mm时，全视场点列图RMS半径为4.596 μm，均小于7.4 μm的像元尺寸。系统调制传递函数（MTF）在68 lp/mm处均大于0.5，4个组态（焦距分别为5、7.2、10.4、15 mm）畸变分别为7.047%、1.961%、0.732%、0.295%，满足腹腔镜对光学系统畸变的要求。

为了解决外鼓式热敏计算机直接制版(CTP)设备的制版镜头因畸变、场曲过大而导致制版质量不良问题, 采用ZEMAX光学仿真软件, 设计了一款低畸变、低场曲的制版镜头光学系统, 并对其进行了公差分析和实验验证。结果表明,该光学系统由6片透镜组成, 工作波长为830 nm, 场曲小于1 μm, 畸变小于0.1%, 调制传递函数在全视场200 lp/mm处大于0.7, 并且镜片都采用标准球面设计, 制版效果良好。该系统能够满足实际制版生产需求, 具有一定的市场前景。

为了研究微透镜阵列成像质量的影响因素，针对慢刀伺服加工和紫外（UV）光固化工艺制备的微透镜阵列，引入微透镜阵列镜片的误差，建立基于Zemax光学软件的光学微透镜阵列成像仿真模型，分析透镜单元的高度、曲率半径、入瞳直径等误差对微透镜阵列成像质量的影响。搭建光学测试平台对评价微透镜阵列成像性能的光学参数进行检测，包括各透镜单元的焦斑大小、位置误差及其焦距值，并利用点扩散函数（PSF）曲线的半峰全宽值对光场成像结果进行成像质量评价，测量得到微透镜阵列的焦距标准误差为0.12 mm。将测量结果与仿真结果相比，可得PSF曲线的半峰全宽值误差在12%左右，证明了仿真模型的准确性。利用仿真和实验的方法建立了微透镜阵列镜片误差与其光学成像质量之间的关系，这可为基于功能实现的光学微透镜阵列的超精密加工工艺提供理论基础和指导。

为了降低光学气体浓度传感器的制造成本, 利用 Zemax 光学设计软件设计并优化了一种适用于热光源的米级光程红外气体吸收池结构。结构由两个准直、聚焦光线的抛物面反射镜和五个用于增加光程的平面镜构成。仿真结果表明, 气体吸收池由于几何结构导致的光功率损耗仅为1%, 其光程达到了1049.75mm, 对比传统透镜结构的气体吸收池, 此结构具有体积小、光程长、损耗率低以及拓展性强等特点, 可应用于构建低成本、亚PPM级红外气体传感器。

在液晶电视显示模组中，多层背光膜片与像素面板均存在周期性结构，组合使用时会产生明显的莫尔条纹，这会严重影响显示效果。建立液晶显示（LCD）模组中莫尔条纹的理论模型，并进行仿真分析，以探寻减弱或消除莫尔条纹的方法具有重要的工程意义。基于Zemax建立双层棱状膜片莫尔条纹模型，并加入眼睛观测模型，以模拟人眼对LCD屏幕中莫尔条纹的观测效果。然后，在MATLAB中构建背光膜片与像素面板的理论模型，通过改变背光膜片和面板的周期尺寸、偏转角度等参数，模拟计算出莫尔条纹的尺寸和角度等参数，并综合考虑人眼观测确定莫尔条纹在显示中的影响。