为缩短12寸晶圆检测成像系统的轴向和径向尺寸，提出一种小角度棱镜折转光路与超短物像距镜头相结合的解决方法。设计优于1/12λ（λ=632.8 nm）面形精度的小角度棱镜折转光路，实现照明系统与成像镜头的水平布置，径向尺寸仅为80 mm，在保证不影响系统成像质量的前提下，极大地降低了整个系统的径向尺寸，同时也实现了12°的小角度明场照明。设计放大倍率为0.264的对称混合型光学系统，采用纯球面系统获得较大成像视场，像高为81.92 mm，物像距仅为392.5 mm，极大地降低了整个系统轴向尺寸。设计结果表明，整个成像系统全视场平均光学传递函数优于0.4@100l p/mm，相对畸变优于0.03%，像面照度均匀性全视场优于50%。实际测试结果表明：全视场实际成像分辨率优于18.88 μm，达到了系统极限分辨率；全视场像面照度均匀性为43.3%，满足均匀性优于40%的研制要求。研究结果表明本文提出的超薄超短物像距高分辨率检测成像系统合理、有效，解决了12寸晶圆检测成像系统空间尺寸压缩的难题，并降低了研制成本，为后续近距离大尺寸物体检测成像系统的研制提供参考依据。

在分析了超轻量化大口径碳化硅(SiC)反射镜（轻量化率≥90%）表面去除原理和难点的基础上，为了实现此类型反射镜的快速加工，提出了一种采用有限元分析进行验证的五轴高效超精密铣磨方法。通过对反射镜铣磨过程中产生共振的机理进行分析，解释了共振的原因，利用有限元分析方法进行仿真模拟，验证了加工过程镜面不会被破坏且系统不发生共振，设计环形工装支撑并对口径Ф510 mm、壁厚 4 mm、轻量化率92%的SiC反射镜进行快速铣磨加工。反射镜初始面形峰谷(PV)值为956.1 μm，镜面去除量为1 mm，加工时间仅为48 h，相较于人工研磨研制周期降低了90%。通过检测，反射镜面形PV值为3.5 μm，满足反射镜抛光前面形精度优于4 μm的要求。

由于载机负载有限，质量一直是机载成像系统结构设计时的关键指标。主支撑结构作为机载成像系统中光学系统的主承力结构，必须进行轻量化设计。但是，以往机载成像系统主支撑结构轻量化设计方法主要包括选择比刚度高的金属材料、优化框架结构布局、调整壁厚、增加减重槽等具体措施。由于金属材料的密度和线膨胀系数较高，这种轻量化设计方法的轻量化程度不高，且有时无法满足高精度光学系统无热化设计的要求。因此，提出了一种复合材料与金属材料相结合的新型轻量化设计方法，利用更低密度、更低线膨胀系数的碳纤维复合材料作为主支撑结构成型材料，钛合金作为对外接口材料，并以质量最轻为目标、基频为约束进行了参数优化设计，最后采用预浸料制造与铺放方法获得了更高轻量化、更优尺寸稳定性的主支撑结构。通过数值计算、仿真分析与振动试验对新方法的有效性进行了验证，结果表明：新型轻量化主支撑系统基频为425 Hz；质量为10.5 kg，轻量化率为33.5%；60 ℃均匀温升时轴向光学间隔变化量为0.021 mm，降低了84.9%。研究结果表明：新型轻量化设计方法合理、有效，解决了结构轻量化与光学无热化设计的难题，并应用到长焦距大口径机载红外成像系统中。

针对大口径透镜，提出了一种新型混合柔性支撑结构，能够使透镜同时满足面形精度及位置精度要求。首先利用卡氏第二定理对各柔性铰链进行分析，建立支撑组件整体柔度模型。然后以柔性支撑组件的总变形能为目标函数，以位置精度及实际使用空间要求为约束，建立结构优化设计模型。之后确定径向柔性支撑结构对组件整体柔度的敏感度最大并对其刚度进行验证。最后对优化后的透镜组件整体结构进行有限元分析，同时利用曲面拟合方法计算镜面面形精度。仿真结果表明，在该新型混合柔性支撑结构的作用下，透镜在各要求工况下的面形精度均优于λ/20 (λ=632.8 nm)。所设计的新型混合柔性支撑结构及其理论分析过程可为高精度大口径透镜的支撑技术提供参考。

针对机动性能好、突防能力强的红外成像制导系统，利用极薄金属片可以快速加热升温与自然降温的特性，提出了一种适用于末制导阶段的新型红外干扰方法。建立了金属片加热升温及自然降温过程的数学模型，确定了金属片结构形式及材料特性；设计了结构简单、密封环境良好的红外点源干扰装置。试验结果表明：金属片优选2 μm厚的镍片，其加热时间为50 ms （500~1 000 ℃），自然降温时间为75 ms （1 000~500 ℃），可以满足帧频要求（10 Hz）；并实现了温度规律性的周期变化。分析与试验结果证实了红外点源干扰装置能够模拟红外辐射特性的快速变化，可为末制导阶段干扰提供一种新思路。