为达到高分辨率以及像面照度要求，大口径非球面反射镜在空间红外系统中被广泛使用。设计了针对口径 550 mm、F/1.2非球面的补偿器，基于三级像差理论分析计算了补偿器的初始结构参数。利用 ZEMAX软件对补偿器进行了优化设计，最终所得补偿器的设计结果满足非球面检验要求。对补偿器结构参数进行了灵敏度及公差分析，结果表明该补偿器可用于实际加工检验。

LED功率的不断增大使其逐渐替代传统光源,并广泛用于各种照明光源。在某些室内照明以及道路照明设计中,通常需要借助LED透镜产生矩形光斑从而充分利用光能避免浪费。利用Light Tools软件设计了一种全内反射(total internal reflection,TIR)透镜与特定微型透镜阵列的组合透镜,设置TIR准直透镜透射曲面和全反射曲面为二次曲面,并对其进行准直优化。然后建立单个微型透镜,设置单个矩形微透镜长宽比分别为1∶1、3∶2和4∶3,并将其阵列化。通过改变微型透镜的尺寸以及球面曲率半径进行进一步优化,最后生成与微型透镜长宽比对应的均匀矩形光斑,从而满足不同矩形照明区域的照明需求。

为了提高 DLP投影照明系统中准直部分的准直度并简化准直光路, 采用一种自由曲面的 TIR透镜作为 DLP投影照明系统的准直器件。首先根据空间斯涅耳定律推导出反射曲面以及透射曲面母线上的点的坐标关系, 并采用迭代的方法使用 Matlab软件计算出母线上各个点的坐标并绘制出曲线图形, 然后利用 Pro/Engineer对 TIR准直透镜进行建模得到 TIR准直透镜的模型。分别用理想点光源和扩展光源进行模拟, 经过 TIR透镜准直后光束发散角在±7°以内, 并根据选用的 DMD芯片和 LED光源选择合适的 TIR透镜参数, 建立 DLP投影照明系统后进行模拟仿真, 最终均匀度达到了 90%, 满足了投影照明系统的需求。

为满足市场对高像素手机镜头的需求, 利用 ZEMAX光学设计软件, 设计了一款 800万像素的折衍混合式手机镜头。镜头采用了正 -负-正的三片式结构, 光阑位于第一片透镜和第二片透镜之间, 第二片透镜的前表面为二元衍射面。手机镜头的 F数为 2.85, 全视场 64°, 总长 5.9 mm, 在 Nyquist频率处所有视场 MTF值均大于 0.23, 相对畸变小于 1%, 成像质量良好。公差计算结果表明镜头公差符合加工工艺要求。

为简化旋转轴心线的定位,提出了一种基于平面参照物的现场标定方法。将一个绘制有棋盘格图案的靶标倾斜地放在旋转平台上,控制旋转平台任意旋转几个角度,并拍摄下每个位置处靶标的图片。通过处理这些图片获取靶标上特征点的空间坐标,对这些特征点作圆拟合得到一系列的圆心点,再对这些圆心点作直线拟合,建立起旋转轴的直线方程,完成旋转轴的标定。实验验证了该方法的可行性,实测物体的均方根误差为0.04 mm。

红外光学系统用于探测目标自身辐射,可昼夜工作.随着空间技术的飞速发展,对空间分辨力以及对观测目标覆盖面积的要求越来越高,大口径大视场的空间红外光学系统在空间对地以及对其它星球遥感观测中广泛应用.介绍了大口径大视场空间红外光学系统的几种结构形式及其优缺点和发展趋势.

大口径折反射式光学系统在空间遥感仪器中广泛应用，反射镜的支撑结构直接关系镜面面形变化从而影响光学遥感器的成像质量．建立了光学系统的光机结合分析方法，使得在设计阶段就能评测光学元件支撑结构是否满足要求，得到支撑结构对成像质量的影响的直观结果．这一方法也可用于光学系统的光机热结合分析．

在航天遥感仪器中,为了缩小二维指向镜的大小可将45°镜偏转一定角度,如60°镜.在光学反射矢量理论基础上,对不同角度指向镜的摆动范围、像旋特性进行分析比较.从扫描特性角度分析了倾斜扫描镜使其减小尺寸的可行性.

在遥感、**侦察和医疗成象等领域,需要得到目标的高分辨率图像.而像面离焦直接影响了成像质量、降低了空间分辨率.为了得到高分辨率图像,往往采用自动焦面补偿装置或温控系统来克服离焦现象,但这又不利于仪器的小型化和轻量化.本文提出,在光学系统光路中加入一特殊设计的非球面掩模板,并对经过位相掩模板后的图像进行图象处理得到清晰图像.使光学系统在大离焦量的情况下仍可获取高分辨率的图像.这对于光学遥感器在复杂的空间环境中获取高分辨率图像具有十分重要的意义.