为解决现有太阳模拟器无法同时模拟真实太阳张角和真实辐照度(一个太阳常量)的难题, 设计了一种新型太阳模拟器光学系统, 阐述了光学系统中聚光镜的设计、光学积分器的优化技术及投影镜组的离焦对辐照不均匀度的影响.利用Zemax软件, 以序列与非序列功能相结合的方式对积分器的光学参量进行优化, 并设计了视场光阑和准直物镜系统.利用LightTools软件对光学系统进行仿真, 结果表明: 设计的太阳模拟器可以实现32′的真实太阳张角模拟, 且辐照度达到一个太阳常量.同时, 辐照面小于Φ100 mm时, 不均匀度优于±1.6%; 辐照面在Φ(100～300)mm时, 不均匀度优于±3.8%.

静态紫外地球模拟器是一种对紫外导航敏感器进行地面标定和精度测试的设备。本文设计了一种静态紫外地球模拟器光学系统, 提出大视场静态紫外地球模拟器光学系统设计方案, 对光学系统的参数进行了分析, 系统选用七片透镜进行设计, 有效孔径为 D=10 mm, 焦距为 f=100 mm, 视场角为 Φ40°。全视场相对畸变小于 0.036%, MTF在 50 lp/mm处大于 0.7, 波像差均方根值小于 0.037λ, 地球张角偏差 Δω＜0.006 7°,达到了高精度的指标要求, 满足设计要求。

在光电跟踪测量设备对低对比度目标捕获能力检验中，提出一种利用可调对比度光学无穷远目标源检验的新方法。采用这种方法需建立可调对比度光学无穷远目标源装置，介绍这种装置的设计依据和设计过程。该装置可以模拟天空背景的辐亮度及这个背景下的一个低对比度目标，它利用大、小两个积分球分别模拟背景与目标的辐亮度，利用安装在大积分球上的准直物镜使目标及背景成为无穷远的目标源，在积分球上分别安装内置和外置照明光源，外置照明光源中装有光束准直系统，使卤素灯发出的光束成为平行光后射入积分球内，利用可调光栏控制通光口径的大小，从而控制了进入积分球的光通量，使得背景与目标的辐亮度在色温不变的条件下连续可调，实现目标对比度连续变化，变化范围0～90%，对比度稳定精度优于1%，光谱范围400nm～800nm内最大背景辐亮度优于60W/m2sr。

在对变焦距光学镜头进行杂散光系数测试的过程中，需要了解各测试环节的作用及对测量结果的影响。讨论了准直物镜使用与否对杂散光系数测量结果的影响。通过对杂散光形成机理的分析，将杂散光来源分为视场内与视场外两种，阐述不同来源杂散光的不同特点及这两种杂散光通过准直物镜后的状态。用两个参数不同的变焦距光学镜头在有无准直物镜两种情况下杂散光系数的测量结果，说明准直物镜在杂光测试中的作用。对于视场外入射光束形成的杂散光，准直物镜的使用与否对其测量结果影响巨大，而对视场内入射光束形成的杂散光影响很小，测量时可以利用准直物镜来判断光学镜头杂散光的来源。同时通过实验说明入射光线在准直物镜间的多次反射形成的杂散光约为1%，它可作为系统误差从测量结果中剔除。

在传统哈特曼检验法基础上研制成功一种扫描型哈特曼检测新装置,可对最大口径为φ300 mm的聚焦镜在全口径范围内进行采样测量.该检测装置由大口径标准平行光管、扫描式哈特曼光阑、被检聚焦镜、CCD摄像机及计算机组成,在水平和垂直两个径向上开有等间距排列且相互错开半个间距的小孔,并且在步进电机的驱动下绕光轴旋转,可对被检聚焦镜进行全口径连续采样.对有效口径为φ154 mm的斐索平面干涉仪非球面准直物镜的球差及焦斑能量集中度进行了测量,进而由球差计算得到了波像差,并用干涉法对该准直物镜进行了测量.球差的理论值与测量值最大偏差为14.6%;由新装置测量并计算得到的波像差PV值与干涉法测量并计算得到的PV值偏差为11.5%;实测的80%的能量集中在φ34 μm的范围内,而计算得到的80%的能量集中在φ28 μm之内,最后对结果进行了分析并提出了进一步改进的意见.

为了减小中心偏对光学仪器质量的影响,研制了一种利用平面止推轴系为基础的高精度定心仪.该定心仪测量精度:角晃动≤2″,转台主轴径向晃动≤1μm.利用该仪器对多组准直物镜进行了装调和中心偏测量,取得了较为满意的结果.在WYKO数字干涉仪上对装调好的准直物镜的光学性能进行了检测,测得波面误差的峰谷值(PV)为0.143λ,均方根误差为(1/50)λ,斯特列尔比(Strehl)已达到98%.检测结果表明,利用该仪器装调的准直物镜可以达到很高的精度.