渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布，是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法；针对渐进通道宽度过窄的问题，对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加，同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率；仿真及加工了3片镜片。研究结果表明：采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片；使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度，保持了像散梯度的平滑过渡，且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧；新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题，所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑，并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

针对眼镜镜片成像性能评价，根据信息论的概念，对物面与像面图像进行小波变换分解得到多个不同子频带图像，计算分解之后的各个子频带的区域互信息值(RMI)。依据人眼视觉系统对不同频率光学信号敏感度不同的特点，采用小波滤波器和人眼模型的MTF的空间频段积分比反映人眼对不同频率信号的敏感程度，以该积分比作为各频带RMI的权重系数,加权计算得到MRMI值。选取了目前市场上六款不同阿贝数和折射率的镜片进行测量实验，得到每款镜片的成像MRMI值，其定量反映了镜片的成像性能，与人眼视觉主观感知相符。

探究渐进多焦点镜片间接法设计中权重函数和平均曲率分布对镜片光焦度和像散的影响。设计了两组权重函数分布以及平均曲率分布，提出了根据符合度矩阵重置镜片权重分布的优化方法。在相同参数下计算出5组具有不同权重函数和平均曲率分布的渐进多焦点自由曲面面型。对镜片进行加工和评价测量，实验结果表明：权重函数的形状、面积以及权重值的不同，可对镜片光学性能带来不同方面的优化，且权重函数和平均曲率分布共同影响镜片的光焦度和像散分布。

在渐进多焦点镜片（PAL）的直接设计法中，光焦度轮廓分布对镜片的光学性能至关重要。在子午线上同一曲率变化的基础上，引入不同圆锥曲线方程来描述镜片光焦度轮廓分布。利用椭圆、双曲线、抛物线和圆的定义设定镜片内表面子午线上每个点曲线的离心率以及开口大小。根据圆锥曲线分布情况加入偏移量，实现远近视区视配点可视区宽度调整。设计、仿真和加工了4块镜片。结果表明，基于双曲线方程计算得到的渐进多焦点镜片的周边最大像散大于1倍加光度（ADD），而基于椭圆方程、圆方程和抛物线方程计算得到的渐进多焦点镜片周边最大像散小于1倍ADD，光学性能更好。当定焦区较大时，基于椭圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值；当定焦区较小时，基于圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值。所提方法可为渐进多焦点镜片的优化设计提供新的方案。

提出一种基于多频段区域互信息(MRMI)的光学成像系统性能评价方法。由信息论出发，结合人类视觉系统(HVS)分频感知原理，利用小波变换将物面与像面图像分解为多个频段，分别计算各频段区域互信息(RMI)，再由小波滤波器和MTF的空间频段积分比计算各频段RMI的权重系数,加权综合得到多频段区域互信息(MRMI)。实验分析了具有不同像散度的光学系统点光源成像，最终得到的评价参数MRMI随着光学系统像散度的不断增大而趋于减小，曲线拟合结果表明MRMI值与像散度呈幂函数关系，确定系数达0.981以上。与MTF等传统光学系统性能评价方法相比，MRMI值量化反映了光学系统的成像性能，且与人眼视觉感知相一致。

本文基于硅基底空气孔型二维光子晶体(photonic crystals)，提出了一种可以实现等效负折射和亚波长成像的结构。点光源通过三角形光子晶体出射后在两侧形成两个像点。通过在光子晶体两侧添加光栅，增加了光源的透过率，消除了旁斑对双重像点的影响。当光栅的空气带隙宽度w=0.76a 和到光子晶体的距离dg=0.1a 时，左侧像点image1的最小半宽度达到0.433λ，此时右侧像点image2 达到0.842λ，均小于入射波长。另外，当光源波长在3.19a 到3.26a范围内时，光子晶体可以实现宽光谱的双重亚波长成像。最后，根据点光源和双重像点的位置变化，求出了关于其坐标x, z 的相对关系。

提出一种渐进环焦自由曲面镜片设计, 从周边离焦防控及光焦度渐变的角度出发构建一个多焦点镜片。在镜片的中心部位形成有一个圆形的中心定焦区, 在外周形成多个环形的周边定焦区, 镜片的光焦度沿着镜片子午线及镜片水平轴按设定的光焦度高阶多项式从内至外渐变;依据相邻定焦区边缘点切平面重合的原则, 由内至外依序计算各个定焦区后表面上所有点的矢高, 再根据所有定焦区后表面的所有点的矢高数据生成镜片后表面。与传统非球面镜片仿真结果对比, 表明渐进环焦自由曲面镜片光焦度和散光符合理论设计要求, 符合正常人眼在看物体时眼球的调节功能, 镜片边缘也较薄, 镜片的棱镜度也较小。设计为渐进多焦点自由曲面镜片提供了一种新的途径。

探究渐进多焦点自由曲面镜片非对称设计过程中, 内偏移量对镜片光学性能的影响。推导人眼在观察物体时, 双眼汇聚而内转的偏移量计算公式。仿真在同等参数条件下, 为实现左右眼平衡设计及在视觉生理上的视像对称, 渐进多焦点自由曲面镜片下加光区四种不同的内偏移量产生的光焦度和散光分布图。通过仿真结果得出, 不同的内偏移量对镜片的光焦度和散光分布有一定的影响, 特别是周边像散区的分布大小; 渐进多焦点自由曲面镜片的内偏移量应根据屈光不正患者实际的验光参数计算得到。

提出了一种渐进自由曲面镜片的光学性能仿真方法, 能够在镜片的设计阶段对镜片的光焦度和散光分布进行仿真分析。采用双三次样条曲面拟合法, 通过计算自由曲面镜片面型离散点数据局部点云拟合曲面的函数, 得到曲面上各点的主曲率, 进而得到渐进自由曲面镜片的光焦度和散光分布。结果显示仿真方法得到的镜片光焦度和散光分布图与基于莫尔偏折法原理的FFV软件仿真和实际加工得到镜片的测量结果相类似。