为了校正大长径比、大扫描视角共形整流罩引入的动态像差,提出了一种固定自由曲面透镜阵列校正器。通过设计透镜阵列校正器中各透镜自由曲面的面形和旋转角度,校正不同扫描视角大长径比共形整流罩引入的动态像差。实验结果表明,自由曲面透镜阵列校正器可以对长径比为1.2的共形整流罩实现±50°扫描视角的动态像差校正。这种新型校正器具有动态校正器和固定校正器的优点,可适用于扫描视角大、长径比大以及稳定性高的共形整流罩光学系统。

为了校正大扫描视场机载共形窗口引入的像差,提出一种基于固定校正板和透镜阵列的静态校正方法。首先使用固定校正板校正静态像差;然后在像面前安置固定的透镜阵列,利用透镜阵列中的各个透镜单元分别校正不同扫描角度的动态像差;最后基于所提方法设计应用在机载共形光学系统中的像差校正器。设计结果表明,所提方法在±42°的扫描视场范围内能够良好地校正共形窗口引入的像差。与其他动态或静态校正方法相比,所提方法可以实现大扫描视场机载共形光学系统像差的校正,同时降低机载共形光学系统的质量,提高系统的稳定性。

为了校正机载共形光学窗口引入的随观察视角变化的动态像差,提出基于计算成像的共形光学系统像差校正方法。通过建立非相干成像系统模型,给出波前编码系统消除共形光学窗口动态像差的原理和成像过程,阐明基于计算成像的共形光学系统的设计准则和掩模板的优化流程,利用倾斜边缘法定量分析该系统的传递能力。实验结果表明,通过计算成像的方法可以校正机载共形光学系统的动态像差,并且无需加入复杂的校正器件,该系统具有结构简单和稳定性强的优点。

为校正共形光学窗口引入的随扫描视角变化而变化的动态瞄视误差，提出基于倾斜光学元件的瞄视误差校正。建立共形光学窗口的瞄视误差模型，并分析计算共形光学窗口引入的动态瞄视误差。阐明利用倾斜光学元件校正共形光学窗口瞄视误差的原理，并通过在共形光学窗口后加入倾斜的球面透镜予以证明。给出一个设计实例，通过将校正共形光学窗口像差的校正元件倾斜，实现共形光学窗口的瞄视误差校正，且并未影响共形光学窗口像差的校正。

由于飞机共形窗口形状非对称且常常相对于其后成像系统倾斜，使得结构最为简单的旋转对称固定校正器无法应用于飞机共形窗口的像差校正。为了最大程度简化飞机共形校正系统结构，提出了飞机共形窗口像差的二级静态校正，使得固定校正器能够应用于飞机共形窗口的像差校正。第一级静态校正，即通过某种静态校正手段首先校正共形窗口在0°沿轴瞬时扫描视场引入的非对称像差，为固定校正器的使用提供条件；从理论上证明了通过对飞机共形窗口内表面进行消像差设计，可以作为一种校正手段实现第一级静态校正。第二级静态校正，即使用固定校正器校正共形窗口引入的随扫描视场变化而变化的动态像差。阐明了飞机共形窗口像差的二级静态校正原理；基于该校正原理，给出了一个设计实例。

为校正飞机上双曲率面共形窗口在全扫描视场范围内引入的静态和动态像差,设计了一种静态校正器结构.该校正器由三个含有倾斜和偏心的旋转对称元件组成,且每个元件的表面面形为偶次非球面.校正器相对于共形窗口的位置是固定的,且结构紧凑稳定.基于矢量像差理论,对校正器进行光学设计,并阐述了该校正器的像差校正原理,结果表明：在各扫描视场位置,共形窗口与校正器引入的矢量像散可以相互抵消,使得共形窗口在全扫描视场范围内引入的静态和动态像散均得到校正,整个共形光学系统在可见光波段引入的波前像差均小于1个波长,调制传递函数曲线在50 lp/mm处值均大于0.8.

现有扫描式机身共形光学系统均使用了动态校正器，但动态校正器的使用会造成光学系统稳定性差且光机结构复杂。为提高机身共形光学系统在实际应用中的稳定性，简化光机结构，提出了一种基于自由曲面校正器的机身共形光学系统静态校正方法。基于飞机应用，利用该校正方法设计了一个瞬时视场为3°、全扫描视场为30°的机身共形光学系统。设计结果表明：通过在倾斜的共形窗口后面加入两个倾斜的静态自由曲面校正器，可使共形窗口引入的静态像差和动态像差均得到校正，整个共形光学系统在各扫描视场位置的成像质量均接近衍射极限。同时，相比于动态校正器，静态自由曲面校正器的使用提升了该系统的稳定性，简化了系统的光机结构。

为满足无遮拦三反射镜光学系统体积小、光学性能高的发展需求,提出了一种圆周式三反光学系统.以近轴矩阵法求解的共轴三反系统为初始结构,在保证各二次曲面反射镜的焦点依次衔接的条件下,将各元件适当地倾斜偏心使系统无遮拦,并使系统的光路折叠在三个反射镜所围成的区域内,减小了系统体积.使用子午面对称的Zernike多项式曲面校正系统像差,提高成像质量.设计的非致冷长波红外光学系统焦距为310 mm,F数为1.55,视场为1.774°×1.331°.各视场的调制传递函数在Nyquist频率(20 lp/mm)处均高于0.52.

航空共形光学窗口的外表面形状由空气动力学要求确定，常常是某种非对称的自由曲面，它在光路中会引入大量像差。通过将窗口内表面面形优化设计成适当的自由曲面，可以实现对外表面引入像差的校正。研究了适用于共形窗口的自由曲面的特点。给出了自由曲面共形窗口的具体设计方法。分别针对在窗口后加入的不同光学设计参数的中波红外光学系统设计相应共形窗口，设计结果表明，使用这种方法设计完成的自由曲面共形窗口校正了窗口外表面引入的大量像差，且对其后相应光学系统的成像质量影响很小。