以层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态像差为研究目标，基于非旋转对称光学系统的矢量波像差理论，建立了层叠微透镜阵列扫描成像系统的动态波像差理论模型，提出一种可用于系统波像差计算的适用性方法。同时，将动态波像差模型应用于两片式微透镜阵列扫描结构的像差分析中，分析了多扫描视场下的初级波像差以及均方根（RMS）波前差，并计算了不同扫描视场下的初级波像差值在光学表面上的分布。所得研究结果对层叠微透镜阵列扫描成像系统的设计优化与装调实验具有理论指导和工程化意义。

利用二阶泰勒形式表示公差与波像差的函数关系，依据差分光线追迹法，通过光线追迹理论推导完善了偏心和倾斜两种公差关于波像差的一阶导数计算公式，利用依次求导和公式移项两种方法建立波像差的二阶导数模型。结果表明：依次求导法的求解过程复杂，应用范围受到限制，只可用于光学后截距分析；公式移项法所需的追迹像质次数少，且拟合效果良好，残差平方和处于10^-7~10^-6量级；所提方法可对光学系统进行有效的经济公差分配。

基于空间像主成分分析的波像差检测技术是一种原位光刻机投影物镜波像差检测技术。本文对该技术的检测模型和工程技术进行了系统研究。分析了照明条件、检测标记、空间像扫描范围等影响因素对检测精度的影响。研究了空间像传感器模型，并通过仿真和实验验证了传感器模型的有效性。研究了空间像定心误差对检测精度的影响，对比了不同定心方法下波像差检测模型的性能表现。分析了不同降噪方法的空间像降噪效果，并基于空间像噪声模型，提出了一种新的空间像降噪方法。仿真与实验结果表明，在各种影响因素中，照明部分相干因子和F方向采样范围对像差检测精度影响较大。定心方面，在X方向上六项模型定心精度更高，F方向上三项模型与六项模型各有优劣。平均值降噪法可以有效滤除空间像噪声，提高像差求解精度。像差漂移量仿真测试结果表明，该技术可用于校正光刻机的短期像差漂移。本文对该技术还给出了工程应用建议。

近视是一种常见眼病，已成为中国青少年视力下降的主要原因。近视防控是一个关系国家和民族未来的大问题，已经上升为国家战略。当前近视防控的有效手段之一就是建立屈光发育档案，并根据数据给出眼屈光度的预测。然而，目前市面上并没有一款专用于屈光发育档案数据采集的设备。笔者基于前期研究，结合干涉、波像差和图像分析等技术建立了眼屈光度与生物参数一体化测量系统，主要测量眼轴长度、角膜曲率、前房深度和屈光度等参数。使用组内标准差、测试重复性、变异系数和组内相关系数评估了实验样机测量的可重复性。通过比较实验样机和IOL Master 500的测量结果，验证了实验样机测量结果的准确性和一致性。从组内标准差和测试重复性的数值可以看出：眼生物参数和屈光度测量都有很高的重复性；眼生物参数的变异系数均低于3%，眼轴长度和角膜曲率的变异更小（≤0.256%）；组内相关系数均高于0.6。说明测量结果具有较高的一致性。实验样机与IOL Master 500测得的眼轴长度、角膜曲率、前房深度数值无显著差异（P>0.05），说明实验样机测量结果的准确性很高。这些结果表明这样的一体化设计能完成基本的眼屈光度和生物参数测量。随着技术的迭代，该系统有望成为近视防控专用的屈光档案数据采集设备，为近视防控提供必要支撑。

为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能，对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计；然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析，探究了温降和重力对各透镜面形的影响，计算了相机的前三阶模态，并对相机进行了波像差测试；最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测试。试验结果表明，相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square, RMS)值优于1/50λ，MTF计算值为018719，满足低温红外相机成像的精度要求。