基于单色像差理论,确定同轴三反光学系统的初始结构参数,通过二次曲面系数为0的偶次非球面的高次项之间的平衡,校正离轴系统引起的非对称性像差,同时结合DMD(数字微镜器件)目标生成器,设计出一款采用离轴三反光学系统的平行光管,为坦克承载的被测光电设备提供室内模拟目标。本光学系统的设计指标是工作波段为0.2~1.2μm,有效焦距为3000mm,全视场为2°,F数为8。结果表明,系统各视场的波像差均优于λ/34(主波长λ=0.6328μm),传递函数MTF均优于0.71@36.5lp/mm,接近衍射极限,成像质量好。对系统进行公差分析之后,系统的传递函数值远优于0.6@36.5lp/mm,合理的公差分配使系统加工难度降低,装调检测更加方便容易。

为了降低离轴三反光学系统加工和装调难度，提出了一种无遮拦的两反射镜三反射光学系统。将传统的离轴三反射光学系统中的主镜和三镜改进为一块非球面反射镜，即用一块镜面实现两镜的设计，这既能够降低光学加工的复杂度，同时也减少了装调的难度。根据三反射系统像差设计理论，推导出同轴两反射镜三反射系统的初始结构参数计算公式，得出了适用于该系统的求解方程组。设计了焦距1000 mm，F 数为10，全视场2°×0.4°，无中心遮拦的离轴两镜三反射系统，两反射镜面型均为二次曲面。从调制传递函数、点列图、衍射能量分布图可以看出，系统成像质量好，能量比较集中。整体系统体积小、结构简单，重量轻。

为了实现近视眼患者角膜的个性化切削，根据Gullstrand 精密人眼理论模型，在已知屈光不正患者矫正度数的情况下，采用偶次非球面拟合人眼角膜前表面，并通过近轴光学理论求出患者的眼轴长变化量。使用提出的逆光线追迹方法对某近视患者的角膜前表面形状进行设计，拟合出8 个偶次非球面系数。将系数导入Zemax 光学设计软件，对该患者人眼模型的波前像差、点列图和调制传递函数(MTF)进行分析，通过与理想人眼模型成像质量的比较发现，逆光线追迹方法设计的角膜切削方案可以实现理想人眼的成像质量。因此，通过逆光线追迹方法可以为临床上实现近视眼屈光手术的理想矫正提供个性化的新手段。