为了实现光丝激光雷达系统的天基应用，开展了天基光丝雷达光谱仪光学系统设计，根据应用需求确定光谱仪光学系统构型主要由望远系统、狭缝、准直系统、平面光栅、成像系统构成；为了解决谱段宽可能引入的色差问题，光谱仪系统采用全反射结构设计；完成了光学系统与各项指标分析，通过设计可达到以下指标：光谱仪谱段范围为320~950 nm，光谱分辨率为2 nm，光谱仪最大色畸变为1.1 μm（即0.07 pixel），3个像元内的能量集中度大于96%，光学传递函数MTF在3.7 lp/mm下可达到0.99。所设计的光谱仪系统可用于星载大气成分高分辨率光谱探测。

对空间离轴反射式CCD相机的杂散光情况进行分析,通过对CCD的照度图进行分解,对占CCD照度图能量较大的杂散光光路进行解析,确定杂散光路径。根据仿真结果,针对两个成像通道提出杂散光抑制措施并对抑制措施进行优化设计。经过再次仿真,两个成像通道杂散光系数得到大幅降低。根据相机观测对象,利用点源透过率(PST)作为检验杂散光抑制措施有效性的指标。当离轴角为30°,相机的PST达到10 -8数量级,满足设计指标要求。

阐述了一种新型的末组补偿变焦镜头的设计方法。以最小偏折角为目标函数优化薄透镜系统，推导了便于编程的像差系数的矩阵形式，构建了基于点列弥散圆的目标函数对各薄透镜P，W参数进行优化，编写宏语言实现了薄透镜的实例化，最终得到变焦镜头的初始结构。充分结合了传统PW法获得有潜力初始结构的能力和现代优化算法强大高效的优点。依据给出的方法，得到了一个焦距为5~50 mm，F数为1.6，且具有优良成像质量的10倍末组补偿连续变焦镜头，证明了所述方法的优越性和实用性。

提出了一种求解变焦方程的新方法，并针对中红外320×256元制冷型焦平面阵列探测器，设计了一个3.7～4.8 μm波段的透射式红外连续变焦距光学系统，其F数恒定为2，最小焦距值为22 mm，变倍比为6。系统由变焦物镜和二次成像系统构成，包括7片硅、锗透镜，并引入非球面以校正系统各种轴外像差，同时利用两个平面反射镜折叠光路以减小尺寸。在空间频率16 lp/mm处和全焦距范围内，系统各个视场的光学调制传递函数均大于0.55；在接收面为30 μm×30 μm的探测器敏感元内，能量集中度大于80%。因此该系统具有较好的成像质量。

主要介绍了一种基于赛德尔像差理论的机械补偿型三反变焦系统的设计方法。这种方法的优点在于，通过对初级像差方程组进行约束优化，可以得到满足要求的部分初始结构参数，设计实例的结果表明了这种方法的可行性。同时指出了上述方法的局限性以及进行无遮拦反射变焦系统设计的必要性，并做了新的设计理论探讨，给出了去除系统遮拦同时矫正像差的方法。

介绍了一种相对简单的、基于赛德尔像差理论的四反射镜机械补偿红外变焦距系统的光学设计方法.该方法的实现包括对单个反射镜成像规律的研究、变焦系统机械补偿的概念以及反射变焦系统赛德尔像差系数解析表达式的推导.该方法的优点在于，通过求解赛德尔像差方程组可以得到系统的初始结构参数，如各个镜子的曲率半径和间隔等.两个设计实例的结果表明，这种设计方法在设计大变倍比红外反射变焦系统时是可行的.

A method for the design of an unobscured reflective zoom system with three mirrors is described. This method applies the vector aberration theory, which helps designers analyze third-order aberrations for optical systems with decentered and tilted surfaces. As the vector aberration theory presents the variation of third-order aberrations in asymmetric systems through analytic expressions, real ray tracing is unnec-essary. Hence, the design with vector aberration theory is faster, and the analytic expressions are more comprehensive and intuitive. To demonstrate the practicability of the method, a design example is given, which shows that the presented method can guide designers achieve a good unobscured reflective zoom system with three mirrors.

计算机辅助装调(CAA)是提升高精度、复杂离轴光学系统成像质量的一个行之有效的手段,特别是对空间光学系统的在轨调整显得尤其重要。介绍了一种针对离轴反射变焦系统进行计算机辅助装调的方法。由于变焦系统具有多重结构,所以需要计算系统在不同位置的灵敏度矩阵。因而,变焦系统的计算机辅助装调实际上是由一系列独立的对应着不同位置的辅助装调组成的。对各重结构进行装调的过程包括灵敏度矩阵的计算、实际系统和理想系统像差差值的计算,以及失调量的计算等。针对反射变焦系统,建立了新的计算机辅助装调数学模型。为了更进一步地说明问题,进行了数值实验,并通过对比装调前后系统的成像质量,验证了该方法的可行性。