随着车载光电系统的发展, 多功能合一的观察瞄准镜成为发展趋势。将电视观瞄/可见光直视观瞄系统进行共光路设计, 可见光直视观瞄系统放大倍率为8×、视场为5°、出瞳直径为φ4 mm、出瞳距离不小于15 mm; 电视观瞄系统F数为6、焦距为110 mm。同时, 对设计结果进行公差分析, 根据公差分析结果制定严格的零部件加工公差及系统装调方案, 系统结构紧凑, 成像良好, 对2.3 m×2.3 m的目标进行观瞄, 识别距离大于4 km, 满足指标要求。

设计了一款双视场电视摄像机, 小视场用于对目标的跟踪, 大视场用于捕获和观察目标, 两视场光学系统的传递函数MTF在50 lp/mm频率处均大于0.6, 点列斑直径均小于像元尺寸5.5 μm, 畸变均小于0.1%。两视场共用一个面阵CCD成像器件, 通过分光棱镜分光。由于在该光学系统中分光棱镜表面反射会产生杂散光, 形成鬼像。因此, 利用LightTools软件对系统进行了杂散光的仿真分析。分析结果表明: 大视场的半视场角在5.7°～7.6°之间和小视场的半视场角在2.6°～3.5°之间的入射光线被分光棱镜下表面反射后, 以及小视场的半视场角在-2.7°～-3.5°之间的入射光线被分光棱镜后表面反射后, 变成杂散光, 聚焦到像面, 形成鬼像, 采用在分光棱镜后方设置消杂光光栏的方法来抑制杂散光。验证结果表明, 仿真分析准确, 提出的消杂光措施有效。

为实现多传感器光轴校准并达到小型化轻量化的设计要求, 将目视瞄准镜作为校轴光学基准, 采用共用摄远型物镜组, 并利用在立方棱镜斜面镀制光谱分光膜, 实现高精度目视瞄准镜与激光接收的共光路系统设计。该目视瞄准镜放大倍率为7×、视场为5°、出瞳直径为3.7 mm、出瞳距离不小于20 mm; 激光接收系统视场为1 mrad、接收口径为50 mm, 设计结果满足指标要求。

为了满足EMCCD侦察探测装置的实际使用要求, 设计了一个三视场光学系统。系统采用EMCCD接收, 像元尺寸为16 μm×16 μm 。通过对比4种成像系统结构形式的优缺点, 选定三视场光学系统的初始结构形式, 运用CODEV软件对其进行优化, 实现600 nm～850 nm波段范围内三视场光学系统成像。设计结果表明, 三视场光学系统的传递函数MTF在35 lp/mm频率处均大于0.5, 点列斑直径均小于像元尺寸, 畸变均小于0.2%, 成像对比度满足使用要求。

针对大口径折反射红外光学系统设计过程中正主、次镜的像差为单独校正, 无法实现高精度调试的问题, 提出设计一套可见光波段辅助装调镜的方法, 辅助镜用于补偿主次镜之间的像差, 完成高精度装调。辅助透镜研制过程中, 严格控制加工精度, 减少对系统精度的影响。采用ZYGO干涉仪对系统进行了调试, 波像差实际值为0.3λ, 设计值0.14λ。最后, 更换中继透镜组, 光学系统成像质量达到红外搜索跟踪系统的要求。

针对机载小型化、轻量化的环境要求, 将红外和电视传感器进行共次镜形式的共光路设计。对于640×480非制冷焦平面探测器, 设计了焦距185 mm、 F数达到1.3、视场为5.8°的长波红外光学系统。对于1/3″ CCD(像面尺寸4.8 mm× 3.6 mm; 像素数759×596), 设计了焦距86 mm、F数达到4.5、视场为4°的可见(电视)光学系统。

根据设计要求计算了非共轴球面光学系统的初始结构, 选定泽尼克多项式为自由曲面面型, 利用正交泽尼克多项式与像差的关系, 调整曲面参数校正系统的像差, 运用CODE V进行系统优化。通过设计实例对比了直接优化和分步优化方法, 由对比结果可知, 分步优化更适用于自由曲面光学组件的设计。仿真结果表明: 系统在整个视场范围内, 点列斑直径小于27 μm, 网格畸变的最大值为-7.15%, 30 lp/mm处的MTF大于0.197。

设计了波段300 nm~500 nm，放大倍率为10×，NA=0.3的近紫外-可见光显微物镜，用于观测激光照射核聚变的成像过程。该系统采用透射式结构，通过P、W设计方法和CODE-V软件的优化，实现了系统的复消色差，较好地解决了紫外光学材料种类少、折射率低带来的像差校正困难和光学系统效率不高的问题。

介绍一个紫外-可见宽光谱显微物镜的设计过程。通过改进的PW法求解初始结构参数，确定采用两个分离的正负透镜组组成透射式光学系统，根据光学材料的色散特性，选取正透镜材料为CaF2，负透镜材料为熔石英，通过建立复消色差方程组来分配双分离透镜的光焦度，合理地对两组透镜的偏角进行分配。运用CODE-V光学设计软件对系统进行优化，使系统的位置色差和二级光谱同时得到校正，实现了复消色差。仿真结果表明：系统在整个视场范围内，点列图弥散圆RMS半径值小于5 ，最大视场处的像散为0.058，畸变为0.04 %。