白光共聚焦位移传感器在机车轮轴划痕深度测量中有很好的适用性，色散物镜是决定传感器检测范围与分辨率的关键器件。根据检测需求，结合白光共聚焦原理和线性色散条件选择合适的初始结构，利用Zemax光学设计软件对初始结构进行优化与分析，设计了一款高线性度短共轭距色散镜头，测量范围为1 mm，工作光谱范围为400 nm~700 nm，镜头球差小于1.7 μm，系统轴向位移分辨率为0.615 μm，色散线性判定系数R²为0.997 5，共轭距为104 mm，使镜头小型化的同时具有高分辨率和高线性度的优点。

目前商品化的显微物镜的适用波段范围无法满足360~1 000 nm波段范围的相关光子光斑的测量要求。从复消色差基础理论出发，研究了复消色差玻璃组合的选择方法，得到了二级光谱校正效果较好的玻璃组合。采用全球面折射式、无穷远校正的结构型式，设计出一款放大倍率为20倍、数值孔径为0.3、工作距离为10 mm、齐焦距为60 mm、视场为0.66 mm、工作波长范围为360~1 000 nm的平场复消色差显微物镜。调制传递函数曲线在80 lp/mm处接近衍射极限，场曲校正满足平场的国际标准，其余成像指标也接近衍射极限。公差分析结果表明，该显微物镜满足设计和实际加工要求。

为了满足半导体缺陷检测系统对成像系统高分辨的要求，依据系统的特点和设计指标，设计了一种近紫外-可见光大数值孔径折反式物镜。在近紫外-可见光波段对光学玻璃材料的色散特性进行分析，通过二级光谱理论计算，选择合适的玻璃材料，对光学系统的二级光谱进行了校正。该物镜使用11片球面透镜，结构紧凑。设计出一套光谱范围为360~520 nm、数值孔径为0.9、焦距为5.65 mm、视场大小为0.8 mm、工作距离为0.8 mm的物镜，采用无限远共轭折反式结构。设计结果表明：该物镜的MTF较好，全视场波像差小于0.09λ(λ=632.8 nm)，各种几何像差均得到了较好的校正，满足复消色差条件，并且结构简单，具有较长的工作距离，为实际的生产装配和应用提供了便利。