根据使用环境和所拍摄物体的不同,利用紫外、可见、近红外滤光片实现成像型CCD相机在350～380 nm,380～760 nm,760～1000 nm不同波段的成像,分别测定了滤光片的光谱透射率.利用积分球均匀光源实现3个波段的光谱辐亮度定标,建立输入辐亮度和探测器输出图像灰度均值间的关系,为照相机适应不同波段清晰成像提供适当曝光参数选择.

当前对空间望远镜光学系统的要求是：在宽光谱范围内，系统具有分辨率高、质量轻等特点，衍射望远镜可以满足上述要求。利用Schupmann提出的消色差理论可实现系统宽光谱覆盖，采用平面衍射透镜做物镜可使系统轻量化，降低了成本。设计了一个物镜口径为1000mm，f／#=100，用离轴三反射镜做目镜的衍射望远镜。设计结果表明：系统在0．65-0．75μm波段，0．02°×0．035°视场范围内，得到了消色差，接近衍射极限的成像质量。

针对传统聚光系统聚光倍数较低并且需要复杂跟踪装置及机电控制的弊端，对能否实现静态大角度接收太阳光的光学聚光元件进行了研究和设计．利用非成像原理及边缘光线原理进行编程建模，设计了折射式及折反射式的太阳能聚光镜，可满足大角度的入射及出射范围．通过光学软件ZEMAX以不同入射角度进行模拟．模拟结果表明，大角度静态接收的聚光元件是可以实现的．

基于Wassermann—Wolf曲面原理，设计了一套共形光学系统．该系统的设计方法与传统光学系统不同，具有随目标视场变化的动态像差特性．系统主要参量f’为30mm，像空间F／#为1、0，工作波长为3～5μm，HFOR为24°（半目标视场），HFOV为1、0°（半瞬间视场）、设计结果表明，在整个目标视场系统成像质量达到较好水平．

为了充分利用中波红外和长波红外的光谱信息，建立了谐衍射中、长波红外超光谱成像系统。利用谐衍射元件独特的色散特性，将谐衍射透镜应用于中、长波红外超光谱成像系统中，使系统在中波红外3．7～4．8μm和长波红外8．5～12μm的2个谐振波段内获取二百多个不同波长的图像信息。设计结果显示，在中波红外波段18lp／mm处，光学调制传递函数〉0．52；长波红外波段13lp／mm处，光学凋制传递函数〉0．51；光学系统的点斑均方根直径在中波红外波段小于279m，在长波红外波段小于34μm。得到的结果表明，光学调制传递函数在各个波长处均接近衍射极限，点斑的均方根直径完全可以与国内现有探测器的像元尺寸匹配。

为满足日冕仪对杂散光抑制的苛刻要求,通过分析日冕仪的工作原理和结构特点,设计了白光日冕仪光学系统,系统观测范围为2.5~15 R⊙,角分辨率为14″,口径为30 mm,焦距为200 mm,系统总长为1 080 mm;其中光学系统长370mm,37 pl/mm的MTF值＆gt;0.5。分析了直射太阳光、太阳光在外掩体D1边缘的衍射光、视场光阑A1边缘的衍射光、以及物镜组O1各表面多次反射带来的系统杂散光的特点,利用多个光阑互相共轭的空间位置关系,设计了相应的杂散光抑制结构,从而完全抑制了系统的4个主要杂散光光源产生的杂散光,使系统整体杂散光抑制水平达到10-8~10-10B⊙,满足了日冕仪光学系统对杂散光抑制的要求。

研究了两种曲面复眼成像系统，并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统，使其边缘视场的成像质量进一步提高，视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹，两种结构的视场角分别达到60°和88°，整个系统的体积分别为0.9mm×0.9mm×0.5mm和0．9mm×0.9mm×0.25mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。

介绍了重叠复眼及其优点.与并列型复眼相比,重叠复眼有更高的光能量利用率和更高的灵敏度.首次利用ZEMAX软件对重叠复眼进行了实例模拟,通过光线追迹,详细分析了其工作原理,并且将重叠复眼与并列复眼在灵敏度和光能量利用率两方面进行了对比,得到了前者比后者有更高的光能量利用率和灵敏度的结论.