为了在实现照度仪密封的同时检测光能量,设计光电探测器光学保护罩.确定光学PMMA和空心半球形分别作为保护罩的材料和结构.运用光学基本原理和几何知识建立保护罩对探测器造成的方向性误差的数学模型,通过仿真得出保护罩的误差影响可以忽略的结论,进而以实验验证了结论的正确性.为保护罩的开发和误差分析提供了理论基础.

为使头盔微光夜视镜的重量更轻，同时保证其较好的成像性能，分析了光学塑料的特性及其加工，通过引入高次塑料非球面，设计了含有3个高次塑料非球面的6片式微光夜视物镜。该物镜具有大视场（40°）、小F数（F／1．25）、小畸变（1％）的特点，光学传递函数在空间频率40lp／mm时，轴上传函≥0．6，轴外传函≥0．4，满足微光夜视物镜成像要求。相对具有同样性能的传统物镜系统，总长41mm，为传统物镜的82．6％，重量13．3g，仅为传统物镜的32．7％。为头盔式微光夜视系统减重设计提供了一个新的参考思路。

衍射光学元件具有独特的负色散性质和以其任意的相位分布实现对光波面的任意相位调制的特点,用在光学系统中可大大简化系统结构,而光学塑料在进一步减轻系统重量方面有优势.设计了应用于头盔显示器的折/衍混合全塑料目镜,其有效焦距为30 mm,视场角为40°,出瞳距离为20 mm,出瞳直径为8 mm,由三个折射透镜和一个衍射面组成.该目镜的最大镜头直径为26 mm,总重量为7 g.对于目镜中需要重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.58 mm和18μm,而最大畸变也仅为3.3%;角分辨率为0.44 mrad,小于人眼的最小角分辨率.

介绍了塑料光学材料的特点和非球面镜在镜头设计中的优点，结合这两者的优点可以在镜头设计中将系统的重量变轻而使成像质量有所提高同时降低镜头成本。实际设计了一个双高斯照相物镜，首先在透镜表面全为球面的光学系统优化而得到较好的成像质量后；然后将非球面应用于此系统，再次优化后光学系统的成像质量有很大的改进。实例表明塑料非球面可以很好的应用于双高斯照相物镜的设计中。