本文在已有光学系统资料和前人光学设计经验基础上,提出了消色差非浸液显微物镜选型经验公式和相应表格。为了验证其有效性,以此为依据设计了一系列用于光纤端面观测的“较大数值孔径”深孔检测小型光学系统,在保证优良像质的前提下获得了比类似系统更简单的结构。为了提高系统观察细节的能力,特提出一种双组元全动型微结构观测变焦距系统,既可单独使用又可与其它物镜系统组合使用,获得了比类似产品更大的变焦比。在微结构成像观测方面,还开展了用于内窥镜观察的“大视场”细管状光学成像系统研究,提出了一系列简单实用的广角/超广角小型光学系统结构,比同等视场的内窥镜系统结构更简单,已交付有关单位使用。本文最后实现了可分别组合使用的连续变焦光纤端面观测镜的仪器化,并进行了有关测试,取得了良好的实验结果。工作中的主要创新点在于:光学设计理论研究方面:提出了消色差非浸液显微物镜的系统结构与负担偏角之间的定量关系经验公式,综合标准球面物镜系统经济成本的考虑,得到了消色差非浸液显微物镜选型表格,对于该类物镜设计具有一定的指导意义。利用以上成果设计了4种“较大数值孔径”微结构观测光学系统,获得了比类似系统结构更简单的设计结果,验证了选型研究结论的有效性。光学系统设计方面:提出并设计了两类微结构成像小型光学系统:“较大数值孔径”深孔检测光学成像系统系列(5种)和“大视场”细管状光学成像系统系列(3种)。前者利用针式/阶式探测物镜深入/半深入深孔获得高分辨力,后者采用超大视场物镜/大视场垂直偏转物镜覆盖大视场。二者均取得比类似系统更简单的结构。仪器设计方面:将变焦距物镜与定焦距物镜相结合,实现了便携式连续变焦光纤端面观测镜的仪器化,采用空间凸轮机构实现连续变焦要求,最高分辨力达1.5μm,可直接应用于PC/APC光纤连接方式。经实验验证,像质良好,变焦比达到4×,与类似产品(变焦比2.2×)相比有所提高。