针对传统透射式光学系统初始结构优化设计效率低、结构选取过度依赖经验等问题，提出了一种基于深度学习的透射式光学系统初始结构自动优化设计方法。通过监督训练学习公开光学镜头库中参考镜头的结构特征数据，构建基于光线追迹的无监督训练模型，提升深度神经网络（DNN）模型的泛化能力。通过训练生成的网络模型输出包含真实玻璃的光学系统的结构参数，从而实现透射式光学系统初始结构的自动优化设计。设计结果表明：利用该网络模型优化设计的光学系统初始结构在全视场、全谱段下的像面点斑半径与参考镜头接近，并且能够根据不同焦距要求分别设计出光学系统初始结构；所设计的1×106组初始结构的成功率优于96.403%，表明所提网络模型具有良好的泛化能力。

针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求, 设计了一种超轻量化SiC反射镜。首先确定反射镜的轻量化方案, 之后采用集成优化方法, 在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行。反射镜结构参数为优化变量, 镜体质量和面形精度RMS值为目标函数。采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解。最后结合制造工艺调整优化结果, 得到反射镜的最终设计方案并仿真分析。结果表明, 反射镜的质量为11.4 kg, 面密度为37 kg/m2, 光轴水平工况下面形RMS值为1 nm, 一阶自由模态频率为1100 Hz。结果验证了所提出的集成优化方法的有效性。

考虑高数值孔径(NA)投影光刻物镜视场较大、波像差分布不均匀, 本文提出了一种自动优化设计方法来降低设计过程中出现的全视场最大波像差。该方法通过将一个自动调节采样视场权重的循环程序附加在光刻物镜的局部优化程序之外来自动平衡全视场的波像差, 进而降低全视场的最大波像差。设计实例证明, 运用该方法后光刻物镜全视场波像差的均匀性显著提高, 最大波像差降低为原来的63%。该方法在光学设计软件Code V中有良好的应用效果, 应用该方法不但能节省光刻物镜设计者的时间, 而且会降低设计对设计者设计经验的依赖性。同时, 该方法也可推广应用在其他对成像质量要求较高的光学系统设计中。

为满足LED均匀照明要求，提出了一种实现面光源下自动优化的设计方法。根据点光源近似理论建立可实现均匀照明的反射器初始结构，用COB(Chips on board)型LED面型光源替代点光源，基于TracePro中Scheme语言编写了自定义均匀照明优化函数，实现了目标面上均匀照明的自动优化设计。模拟结果表明：在光源为直径20 mm的朗伯体发光LED时，能够在300 mm处实现均匀照明，照明均匀度（平均照度与最大照度的比值）达到85%以上，光学效率在96%以上。本设计方法简单易用，具有广泛的应用价值。

为了在微小型零件装配过程中始终获得质量最佳的零件图像，对显微视觉照明光强的自动优化问题进行了研究。为实现对零件的轮廓边缘与表面细节的照明，基于同轴光源与环形光源开发了照明自动控制系统。对比分析了四种图像质量评价函数的照明优化性能，提出了基于 Roberts梯度和函数的图像质量评测方法，并应用于研制的装配系统。装配实验结果表明，光强优化过程快速准确，光强优化后目标边缘的对比度显著增强，消除了零件误识别现象，满足微小型零件高精度装配自动化的要求。

在背光的设计中，一个主要的目标和挑战是保证在垂直于光的传播方向上提升光的利用效率。在背光模组中是通过导光板来实现这一目标的，设计的关键就在于找到一种合理的网点分布以获得均匀的亮度分布。利用光学软件模拟可以自动优化这一过程从而简化设计流程。

在脉冲功率技术中,开关电极的形状优化设计非常重要.利用电荷模拟法对常用的环形电极的电场分布进行了模拟计算,用旋转椭圆近似法优化电极轮廓外形,用微粒群(PSO)算法对轮廓外形的几何参数进行优化选择.结果表明:旋转椭圆近似法结合PSO算法非常适用于环形开关电极自动优化设计,优化所得形状和参数能满足电极之间电场分布的要求.