为提高导引结构的特征分辨能力和全天候工作能力，提出一种长波红外与激光共孔径的双模导引光学系统设计方案，利用被动红外模块搜索目标，通过主动激光雷达模块锁定目标并精确制导。为解决导引头内光学系统尺寸受限的问题，以Ritchey-Chretien结构为共用部分，通过次镜镀分光膜实现长波红外（8~12 μm）反射光路与激光（1.064 μm）透射光路的组合，并分析了不同光学遮拦情况对非相干成像系统调制传递函数衍射极限的影响。展示了F数为0.98、光学遮拦比为1/3的共孔径双模导引系统的实例，使用多片折射镜片实现对主、次镜残余像差的补偿，利用光学被动式消热差方法完成-40~60 ℃范围的长波红外无热化，具有良好的热稳定性和可加工性，可为双模导引光学系统的分析与设计提供参考。

为了实现在短距离内投射出大视场、高清画面, 降低超短焦投影的加工成本和装调难度, 设计了一款不含非球面折射透镜的折反式超短焦变焦投影镜头。系统使用16.76mm(0.66in)DMD微透镜显示芯片, 16片球面折射透镜和一片非球面反射镜, 非球面反射镜能有效校正系统的畸变、抵消折射透镜组的场曲和像散。光学总长为250mm, 投影距离是424~509mm, 投射画面尺寸是2.286~2.794m(90~110in), 视场角150°, 投射比为0.21, 水平、垂直TV畸变小于0.25%, 相对照度大于90%, MTF在0.48lp/mm时大于0.5。样机测试结果显示各项指标满足系统设计要求, 全玻璃透镜的设计易于加工和生产, 有效降低超短焦投影系统的加工装配成本。

为实现大口径折反式355 nm激光接收系统的装调,提出了局部针对性的调试方法。 两镜系统采用波长为355 nm和632.8 nm、镜间距一致的4D干涉仪自准直调试法;透镜组采用355 nm激光器 和干涉仪前置镜头组成的自准直检测光路调试法。调试后得到两镜系统波像差均方根(RMS)为 0.2026λ, 满足设计指标0.2λ(λ为632.8 nm)的要求;透镜组调试后,理论后截距与自准直检测 后截距差值在设计指标容差范围内。两镜系统与聚 焦透镜组系统组合调试后,像方与物方焦点重合,接收系统调试满足设计要求。所提方法降低了系统装 调难度,缩短了系统装调周期。

针对头盔显示器质量小、尺寸合适及结构紧凑方面的需求, 利用离轴折/反射式原理设计一款头盔显示器光学系统, 采用单片式自由曲面棱镜解决出瞳直径小的问题。设计的系统参数如下：出瞳直径8 mm, 视场角20°(H)×15°(V),出瞳距离20 mm, 配合0.47 in的OLED-XLTM显示屏, 显示区域9.6 mm×7.2 mm, 像素数640 pixel×480 pixel, 像元尺寸15 μm×15 μm。采用单个元件设计, 体积小于13 mm×25 mm×17 mm, 所用材料为K26R, 在30 lp/mm时全视场调制传递函数大于0.25。该系统采用单个元件设计, 兼顾成像质量的同时, 使光学系统的体积和质量更小。

小卫星具有研制发射成本低、适于机动战术应用等优点，但基于几十kg级的卫星平台实现米级或亚米级对地光学遥感，仍是一个具有挑战性的问题。对此提出一种新的两反射镜折反系统，由两块非球面反射镜和像方负光焦度三透镜组组成，兼具传统两反射镜系统轴对称性而结构紧凑、易于装调和三反射镜系统平场消像散的优点。首先，介绍该新型系统基本思想与结构，导出其初级像差公式，分析给出色差和单色像差校正方法与初始结构求解方法。然后，实例优化设计得到结构紧凑、适用于低轨高分辨率小卫星对地遥感的光学系统，其工作波段、全视场角、有效焦距和F数分别为450~800 nm、1.2°、3000 mm和F/10，系统的光学总长和通光口径分别为595 mm和300 mm。自身消色差的负光焦度透镜组由同种普通玻璃组成，系统成像质量接近衍射极限。

现代微小卫星具有体积小、质量轻、研制周期短、成本低、发射方式灵活等优势，可在多个领域发挥重要作用，因此备受各国青睐，是当前空间技术发展的一个重要方向。实现微小卫星的一大关键是所搭载仪器、设备的小型化。设计了一套小型可见光相机，适合搭载于微小卫星平台。相机焦距210 mm，有效口径56 mm，角分辨率33 μrad，视场7.8°×7.8°，像素规模达16 M。设计分析对比了不同光学结构型式的特点，最终采用折反射式光学系统。设计采用全球面镜片，选用了融石英和常规火石玻璃等低密度材料组合消像差，系统长度110 mm，摄远比小于0.53，光学质量小于370 g。