采用共轴理论和控制离焦相结合的方法,设计了大画幅等待式转镜分幅相机,该相机的画幅尺寸达到了30mm×18mm,同时还具备了相对孔径大和分辨率高的特点,对底片的相对孔径为空间方向1/15和扫描方向1/35,动态目视分辨率达到了35lp/mm,总画幅数80幅,摄影频率1×104～5×105 frame/s。采用2×105 frame/s的拍摄频率对某爆轰过程进行了试验记录,得到了高分辨率的图像。结果表明：相机的画幅尺寸大、空间分辨率高,适用于冲击、爆轰和弹体姿态等试验过程和目标的拍摄。

设计了焦距26mm，F2．8的适用于1024×1024pixels，像元15μm×15μm面型硅TFC—CD的工厂车间监视镜头。分别设计了传统的全球面镜头和包含两片轴向梯度折射率材料镜头，轴向梯度折射率监视镜头比原普通全球面镜头减少了两片透镜。经过像质评价，后者像质有所提高。RMS从12．67μm减小到8．86μm；最大视场35lp／mm处最小MTF从0．18提高到0．43；畸变从-5．21％减小到0．76％。

将衍射光学元件应用于非制冷热像仪的大相对孔径红外镜头与传统设计相比,衍射光学元件的引入,增强了此类镜头的色差校正能力,提高了镜头的成像质量,提高了镜头的透过率,减少了光学零件的数量,减轻了系统重量,为提高非制冷热像仪的性能奠定了坚实基础.本文在色差、成像质量、系统透过率与MRTD方面比较了不同结构镜头的性能.

研究了轴向梯度折射率透镜的设计方法,总结了轴向梯度折射率镜头的像差理论,简述它在光学设计软件中的使用。最后把轴向梯度折射率材料用于激光束的聚焦设计。对扩束后12mm,波长1.06μm的激光束,分别设计了单片的普通球面透镜、单片非球面透镜和单片轴向梯度折射率透镜对其进行聚焦。从设计结果来看,轴向梯度折射率透镜像差接近衍射极限,明显好于其他两种透镜。在理想焦点上,三种透镜聚焦的RMS分别为191.75μm,17.69μm和2.42μm。

基于国内普遍采用的YZ5E系列裂隙灯显微镜,采用Canon Powershot A70数码相机作为数字图像采集设备,构造了裂隙灯显微镜数字化成像系统.在裂隙灯原照相光路的基础上,调整了场镜的参数,并设计了天塞式接口透镜,较高质量地实现了裂隙灯图像的数字化.该系统设计对其他类似数字成像系统研制有参考意义.

设计了一种基于迈克耳孙干涉仪的凝视型激光告警系统,理论分析了系统定向精度和滤光片透射率的变化规律。结果表明,入射激光经过告警系统后,形成环形干涉条纹,根据条纹中心的坐标和条纹间隔可解算入射激光的方向和波长;在探测器像元尺寸固定的情况下,系统的定向精度由光束变换透镜和球面反射镜焦距的比值决定,定向精度随该比值的减小而提高;告警系统滤光片的透射率取决于变换透镜的焦距,当变换透镜焦距为鱼眼镜头焦距10倍时,滤光片对系统入射角为0°-90°范围内激光的透射率为90.0%-87.5%,这保证了系统对各角度的入射激光都有较高的探测灵敏度。

针对轴向预载随结构的热变形改变而导致光机系统特性失效的设计难点,提出了一种光机结构轴向一致性可控方法。建立光机结构的热效应模型,分析热变形与轴向预载的关系,通过与传统轴向压紧结构的热分析比较,设计了一种轴向预载与温度变形一致可控的挠性构件;对不同结构参数挠性构件的变形分析表明,所设计的挠性构件在温度变化时具有很高的轴向变形可控性;建立了轴向变形量Δδ与挠性构件参数的数学模型,给出具体结构参数的设计方法。将所研究的挠性构件引入星模拟器的结构设计中,实际测试结果表明光机系统具有很好的常温特性,验证了所提光机结构轴向一致性可控方法的有效性。

对共轴卡塞格伦（Cassegrain）系统和偏瞳Cassegrain系统进行对比分析并指出其缺点．偏瞳Cassegrain系统的视场一般比较小，为增大视场、提高像质，提出将偏瞳两镜系统的次镜偏心和倾斜的方法，并用矢量像差理论简单分析了含有偏心与倾斜元件的系统的初级像差．结合实例分别设计出2种形式的光学系统．对比设计结果可以看出：该方法可以增大系统视场，提高像质，得到比较好的设计结果．