为了解决空间对地遥感光学系统探测波段窄、分辨率低等问题, 设计了一款非球面离轴三反光学系统。对计算得到的同轴三反结构进行了视场离轴处理, 优化了像差, 分析及评价了离轴三反系统的成像质量。设计得到的光学系统分辨率在可见光及短、中波红外波段都得到了提升, 分别能够达到2 m、3.3 m以及10 m的地元分辨率, 系统三个反射镜面型均为偶次非球面, 焦距600 mm, 相对孔径1/4.3, 视场角8°×4°, 最大畸变0.4%。各波段在奈奎斯特频率处的MTF值均高于0.2, 且RMS半径满足小于探测器最小像元尺寸的成像要求。实现了高分辨率、宽波段的设计目标所要求的各项指标, 从而提升了系统全时间段、全天候的信息获取能力。

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。