为了提高远距离红外目标的探测能力, 针对640 pixel×512 pixel红外CCD探测器, 分析温度变化对光学系统的影响, 设计出一种波长范围为8 μm~12 μm红外摄远物镜。系统采用折衍混合结构形式, 焦距为200 mm, 相对孔径为1: 2.2, 视场角为7°, 具有体积小, 结构紧凑的优点。仅使用硫化锌、硒化锌和锗3种材料以及4片透镜实现了无热化设计。应用Zemax对设计结果进行像质评价, 在-40 ℃~+60 ℃工作温度范围内, 截止频率为17 lp/mm时各视场调制传递函数值超过0.4, 达到衍射极限, 像面稳定, 80%的能量集中在1个像元内, 满足光学系统的设计要求。

为了满足瞄准镜体积小、重量轻的要求, 需要物镜采用摄远型结构。分析了摄远型透镜转像式物镜的光学特性与像差特点, 提出了摄远型镜组、正场镜和对称式转像镜组构成的结构型式。依据系统的成像特性, 推导了光焦度分配和外形尺寸计算公式。采用光学设计软件Zemax设计了摄远型透镜转像式物镜, 系统焦距为-100 mm, 入瞳直径为25 mm, 视场角为8°, 系统总长仅为99.92 mm。设计结果表明, 采用该方法设计的瞄准镜物镜在40 lp/mm处各个视场的调制传递函数均在0.2以上, 满足目视光学仪器的使用要求。

由于红外具有能识别伪装、可昼夜工作和被动工作的优势而被广泛地应用于跟踪和搜索系统.而这些系统要求红外光学系统成像清晰、结构紧凑、可适应较大的温度变化.依据光学被动消热差的方法设计了可在较宽温度范围工作、成像质量优良、结构紧凑、体积小的红外中波摄远物镜,其摄远比可达到0.6.系统参数如下:工作波段为3~5 ?m,焦距150mm,F 数为3,工作温度为－40℃~60℃.设计结果显示,该系统仅采用3 片透镜并利用衍射元件消热差完成了无热化的要求,减少了系统的成本及重量,传递函数在17 lp/mm 处均在0.8 以上,与衍射极限十分接近,满足在宽温度范围内工作成像质量高及系统小型化的要求.

太阳模拟器是非成像光学领域的重要应用。由于光学系统的特殊性，导致其光路很长，当采用双分离准直物镜时，准直系统的长度占了很大一部分。因此为实现太阳模拟器的小型化，提出将具有短后截距的摄远物镜替代通常采用的双分离准直物镜，从而缩短准直系统的长度，使光学系统的结构更加紧凑。同时设计了一种三片式的摄远物镜，并通过LightTools 软件仿真分析的方法研究了这种三片式的摄远准直物镜对太阳模拟器技术指标的影响。仿真结果表明：应用这种摄远物镜可以在太阳模拟器技术指标变化不大的情况下，实现太阳模拟光学系统缩短，有利于太阳模拟器的小型化。

为了满足红外检测设备大视场、高像质、易便携的要求,设计了工作波段为8~14 μm 、全视场大于等于24°、孔径为130 mm的大视场透射式红外平行光管系统.采用三片式摄远物镜结构,并加入一片非球面解决了三片透射式系统像差难以平衡的难题.根据光学设计理论对系统进行多层次优化设计,最终得到了在全视场内的红外平行光管设计结果,其中不同波长所对应的各焦距位置在20 lp/mm处的调制传递函数不低于20％、畸变小于1％,其优点是大视场、高分辨率、成像质量好、结构简单,可以为各种红外热像仪、军用红外瞄具的性能参数检测系统提供高像质、高分辨率的无穷远红外目标源.成功研制一台应用样机,并于加工装调后进行了应用验证试验,结果表明样机获取图像清晰准确,能够满足测试要求.

为了满足斜拉桥拉索表面缺陷的远程检测要求，基于摄远型物镜结构原理设计加工了高分辨率视频摄远物镜光学及机械系统。根据物方300 m 外分辨4 mm 线宽的分辨率要求，按照焦距f′=320 mm 计算，确定摄远物镜像方分辨率为234 cycle/mm。选择适当初始结构，用光学设计软件OSLO 进行焦距缩放、替换玻璃、减少镜片等多步骤优化，最后得到相对孔径为1/5.7、视场角为2 ω =1.379°、分辨率达到250 cycle/mm 的摄远物镜光学结构。合理设计光机结构，加工装调实验样机。分辨率测试实验证明其实际物方分辨率可以达到300 m 远分辨4 mm 线宽。在斜拉桥工程现场成像实验表明该系统符合实际工程结构表面缺陷远程检测的要求。

为了对斜拉桥表面缺陷进行远程检测，设计了四片式高分辨率视频摄远物镜光学系统。图像传感器是像元尺寸为1.4 μm×1.4 μm、靶面尺寸为1/2.3″的1400万像素高分辨率互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机。为了匹配摄像机分辨率，设计的像方分辨率为357 lp/mm的摄远物镜，焦距为320 mm，相对孔径为1/6.95，视场角为1.379°。在物方可在228 m外分辨2 mm的线宽，能够满足对普通斜拉桥拉索检测的距离和分辨率要求。

设计了一种集激光光束质量分析、光电自准直、激光自准直和光轴一致性检测等多种检测功能为一体的多功能光电检测系统.系统工作波长范围为300～1 700 nm，准直准确度2″,角分辨力0.1″.设计了一种长焦距平行光扩束系统和三光轴系统，采用带有中心平面的、可移动的复曲面摄远物镜，物镜口径75 mm，扩展口径至400 mm，使系统实现了光轴一致性、出射激光指向及多参量集成检测功能，集成化程度高.利用光学设计软件ZEMAX进行系统仿真和优化设计，在全视场内，不同波长所对应的各焦距位置50 lp/mm处MTF>0.2.成功研制一台功能样机，并于加工装调后进行了测试试验，结果表明该仪器获取图像清晰准确，能够满足测试要求.

基于战场环境要求的红外光学系统具有高成像质量、超轻小型化和高温度适应性的特点，针对联合变换相关器对坦克目标进行实时探测跟踪的要求，设计了一种结构紧凑、重量轻、成像质量好和环境适应性强的红外无热化摄远型物镜。针对坦克最大作战距离3km，确定了光学系统的技术参数: f=200mm，F=3，2ω=3.056°，波段8～12μm。比较了当前三种无热技术的优缺点，采用光学被动式方法。设计结果满足在-40～70℃范围内，系统的调制传递函数接近衍射极限。该摄远物镜可用于坦克观瞄镜，满足坦克目标跟踪识别的实际应用要求。