提高光机结构的温度适应性对空间相机降低热控难度、提升系统稳定性具有重要意义。根据统一材料结构可以消除系统热差的原理，选用铝合金材料对某可见光波段空间相机的光机结构进行了设计，并完成了实际工况下的工程分析，达到了在 20℃±15℃均匀温度变化与不同方向重力耦合状态下，像质均满足 MTF(modulation transfer function)在 71.4 lp/mm处大于 0.3的成像指标。采取常用的不同材料搭配方案进行对比分析，相同工况的全铝结构稳定性远优于不同材料方案，验证了统一材料的光机结构在温度适应性方面的优势。

为了满足OLED屏疵病检测的成像需求, 设计了一种高解析度线阵扫描镜头。光学系统基于双高斯对称结构, 镜头焦距f′=116mm、放大倍率β=-0.5×、物方数值孔径NA=0.038、物方线视场2y=120mm。利用光学设计软件Zemax仿真可得镜头的调制传递函数MTF在奈奎斯特频率120lp/mm时能达到0.2以上, 接近衍射极限; 各视场点列图基本都在艾里斑之内, 均方根半径较小; 利用双高斯的对称特性降低畸变, 相对畸变q＜0.5%。针对景深和曝光量可调的成像需求, 即F#的切换需求, 以及光学元件的尺寸排布, 给出了光阑孔径可变的镜头光机结构设计。最终利用MTF测试仪对镜头的成像质量进行检测, 实验结果表明此镜头能够满足OLED屏疵病检测功能的工业成像需求。

多光谱遥感相机提供的光谱图像信息具有极高的应用价值。为突破CCD成像器件谱段数量的限制、增加单台相机的谱段数量, 提出了一种双通道的解决方法。从光学系统入手, 对一种双通道离轴多光谱遥感相机进行了高稳定性光机结构设计。首先, 通过使用四点球头支撑技术实现了对大口径主镜的高稳定性支撑, 保证了在各个工况下反射镜面形精度满足使用要求。之后, 对相机的焦面组件、主框架及隔振系统进行了设计及优化, 保证了双通道离轴遥感相机在提供八个多光谱谱段的同时, 具有良好的结构稳定性。最后, 对整个相机进行有限元分析和力学环境试验, 结果表明相机具有较高的稳定性, 符合设计预期。

根据光学设计要求，采用多波段共口径卡氏系统对激光照射稳定性检测系统进行光机结构设计。为保证检测系统在复杂的环境下仍具有较高的检测精度，利用有限元方法对系统结构进行了热力学仿真分析，将各光学元件表面上的节点位移变化代入光机热耦合分析工具Sigfit中进行面形拟合计算。以改进后的Zernike多项式作为光机耦合分析接口，通过Zemax得出光学系统的调制传递函数(MTF)曲线，验证了光机结构设计的合理性。将高低温环境实验数据与集成分析结果对比，对仿真分析过程进行模型修正，进而形成一套完整、准确、适用范围广的光机结构设计方案。

为了满足激光制导对大视场、高线性度探测的性能要求, 基于激光制导炸弹的应用需求, 介绍了四象限探测器的工作原理和特点, 分析了光斑大小、能量均匀性、线性度、探测距离等参数对探测精度的影响; 结合系统性能指标, 选择了合理的光学系统结构类型, 完成了光学系统设计和光机结构设计; 利用畸变、点列图、足迹图、能量集中度等指标对系统性能进行了评价, 并分析了目标大小和探测距离对光斑大小的影响。测试结果表明, 激光导引镜头总视场为±20°、线性视场为±10°、目标大小为1.5～2.4 m、探测距离为50 m～4 km、测角精度优于0.2°, 能够满足激光导引的需求。