设计了一款适于医疗培训用投影式头盔物镜系统，出瞳直径8mm，视场50°，能够满足对角0．9英寸微显示器对超高分辨SXGA模式的显示要求．其结构紧凑，口径10mm，长度12mm，重量仅有5g．本物镜系统场曲仅0．35D，畸变仅0．64％．为考察本投影式头盔系统的成像特性，研究了不同“逆反射材料”的特性．实验得到高强级逆反射材料在±40°视场范围内反射光强无明显变化，适合做为投影屏幕材料．定量分析了逆反射屏放置位置对成像的影响．

用投影无热差图和双层衍射元件选玻璃的原则，选择了适用红外双波段消热差、消色差的玻璃组合．为提高衍射效率，基于双层衍射元件衍射效率表达式研究了双层谐衍射元件的结构优化，给出了优化方法．利用双层谐衍射元件设计的折衍混合双波段光学系统视场角10°，F#为2，有效焦距115mm．系统在3．4～4．2um和8～11um两个工作波段的衍射效率均达到90％以上；-40～100℃温度范围内，中心视场的调制传递函数值变化最大为0．09、边缘视场的调制传递函数值变化最大为0．13．

为了有效地表征和评价光学元件局部小尺度波前畸变,提出了能同时反映空间频率和空间位置的Wigner分布函数评价方法。通过理论分析Wigner分布函数与功率谱密度之间的关系,得到了局部波前畸变的评价方法和指标。模拟计算和实验结果验证了该方法的有效性,并表明：该方法不但能判断光学元件的中频误差是否满足惯性约束聚变系统要求,而且还能确定不满足要求的特定区域,从而有效地指导光学元件的返修。