分析了成像光谱仪常见结构的优缺点并给出了分析过程,对望远镜系统和光谱成像系统结构进行了合理选择,实现了单一成像光谱仪同时覆盖可见近红外（VNIR）和中波红外（MWIR）双波段。根据研究目标要求设计了一个大F数（VNIR波段F/3,MWIR波段F/2）机载双波段成像光谱仪。该光谱仪双通道共用一个同轴平场无遮挡Schwarzschild望远镜,用二向色分束器分开。双通道光谱成像系统均采用同心共轴的Dyson结构,VNIR波段和MWIR波段光谱分辨率分别达到5 nm和15 nm。为使设计的系统结构合理,介绍了光束分离结构和光谱仪的光束折叠方法。设计结果表明：该系统结构简单,效果良好,谱线弯曲分别小于1.2μm和0.5μm,谱带弯曲均小于0.5μm,偏振灵敏度小于4%,适用高光谱分辨率机载双波段成像光谱仪。

设计了一种小型面阵航空相机系统。该系统采用大面阵CMOS图像传感器作为成像器件，通过反射镜扫描进行像移补偿的方法，实现无人机飞行状态时清晰地数字成像。实验室前向像移补偿实验结果表明，该系统对于前向像移进行了较好的补偿，达到指标要求，成像清晰。

变焦距镜头普遍采用机械补偿法来改变焦距,变焦凸轮是其实现连续变焦的关键。为了减小变焦距镜头的质量和体积,本文研究了用机械补偿方式改变变焦距镜头焦距的原理,采用NX/Nastran软件对变焦凸轮结构进行了仿真分析,并针对分析结果对变焦凸轮结构进行了优化设计。优化结果使变焦凸轮质量减小了88g,壁厚减小了1.5mm,外径尺寸减小了3mm。对优化后的变焦凸轮进行了模态分析和热分析。模态分析显示,凸轮主体一阶频率为50.3Hz;热分析显示,凸轮在90℃温差作用下变形大小为0.006mm。最后通过对光学传递函数的检测以及振动和高低温试验验证了仿真分析的正确性,表明对变焦凸轮的优化设计是成功的。

为了减小超光谱成像系统的质量和体积，校正光谱成像的谱线弯曲，提出了一种新型带有Fery曲面棱镜的OFiner超光谱成像系统。在该系统中，一对Fery曲面棱镜位于OFiner中继系统的两臂，光束两次通过Fery棱镜进行分光，因此当获得指定大小的色散值时该结构具有比传统结构更小的质量和体积。为了减小可见近红外（VNIR）光谱通道的非线性色散，在该结构中还引入一对消色差火石Fery棱镜。设计了应用于VNIR和短波红外（SWIR）两个光谱通道的超光谱成像系统，并给出了设计结果。结果表明，该光谱成像系统在两个光谱通道内的谱线弯曲均小于0．1个像元，色畸变均〈0．045个像元，而非线性度小于0．1，可满足机载或星载超光谱成像仪的要求。

随着红外光学技术的长足发展及其实际应用范围的不断扩展,对红外连续变焦光学系统的需求日益增强。为了验证红外连续变焦镜头的变倍性能及其成像质量,根据某红外连续变焦镜头的光学设计特点,通过对其机械结构进行选型,最终采用不同形式的凸轮机构来实现红外变焦距镜头变倍、调焦过程,对凸轮机构、变倍导向机构、调焦机构等作了较详细的说明,并从机械设计的角度出发,对系统的杂散辐射提出了抑制措施。装调结果表明,采用凸轮机构、变倍导向机构可以实现红外连续变焦镜头的变倍及调焦过程,提出的杂散辐射措施可以有效地抑制系统的杂散辐射,提高镜头的成像质量。