介绍了一种基于初级像差理论和矢量像差理论的机械补偿式新型离轴三反变焦系统的设计。提出了反射变焦系统初始结构的确定方法，对初级像差方程进行了约束优化，得到了满足要求的部分共轴初始结构参数。指出了利用矢量像差理论进行离轴反射变焦系统设计的必要性，提出了弥补共轴系统不足的离轴反射变焦光学系统的设计方法，分析了相应的去除遮拦、矫正像差的设计理论，并结合具体的设计指标，采用CODEV光学设计软件，设计出符合系统指标要求的离轴三反变焦光学系统，并对其进行了像质评价。结果表明，成像质量良好，满足总技术指标的要求。

将光学系统设计与杂散光分析相结合,介绍了一种焦距2000 mm、F/#=10、2ω=1.66°的空间用R-C光学系统,系统像质优良,结构紧凑。同时,针对R-C系统的特点,考虑轴外渐晕的影响,计算了主、次镜内遮光罩的尺寸,给出外遮光罩的设计方法,对该R-C望远镜系统进行了遮光罩设计,并用光学软件进行杂散光分析,计算得到方位角为0°时的PST曲线。结果表明,当离轴角度大于太阳临界入射角时,PST值小于10-8量级,满足要求。

设计了一种宽谱段大口径透射式摄影镜头,主要光学参数：焦距f′=200mm,口径D=160mm,视场角2ω=18°,光谱范围400μm～950μm。通过增加透镜个数,分裂厚透镜,选择具有相似色散特性的玻璃等方法将双高斯物镜复杂化,并且通过减小透镜通光口径消除部分边缘光线来改善像质。最终设计出的光学系统在空间频率30lp/mm时MTF大于0.55,且各种像差都得到了很好地校正,像质均匀,满足宽谱段大口径摄影镜头的要求。

平行光管中主反射镜的口径最大,支撑也最困难.对用于平行光管设备中口径为1000 mm的主反射镜浮动支撑进行了优化分析.利用ANSYSY中强大的优化分析模块对主反射镜在3点、9点、18点、24点和27点5种不同支撑点数量下的模型进行了优化.最后对这5种优化模型都给出了自重变形分析,得出了主反射镜镜面变形云图并计算出对应的PV值和RMS值.综合考虑了镜面面型要求和工艺性等后,确定了最佳支撑点数为18点,并且点的分布遵循优化模型.

分析了离轴三反射望远镜的杂散光特性，给出了遮光罩设计的基本原则并进行了初步的设计．根据系统所要探测到的极限星等，通过计算得到了望远镜光学系统的点源透射比所必需满足的条件；在Tracepro杂光分析软件中建模，在方位角为0°、45°、90°、135°和180°时分别对0．10～80°之间共15个离轴角度进行了光线追迹，通过计算得到了系统的PST曲线．结果表明，系统PST整体上是下降的且在离轴角30°以后接近指标要求，但在方位角0°和180°时，PST曲线在个别角度有突增的现象，通过光线追迹数据，得到了主要的杂光传输路径，提出了对遮光罩的修改方案并对其进行了修改．最后对改进后的系统重新进行了仿真分析．仿真结果表明，系统的杂光抑制能力达到了指标要求．

在三阶矢量波像差理论的基础上，建立了系统内失调量与系统波像差Zernike系数的关系式，并以共轴三反射光学系统为数学模型进行了仿真分析．结果表明，基于矢量波像差理论的装调技术可行，并可用于大型光学系统的装调．利用该理论对一共轴非球面三反系统进行装调，最终使系统波像差RMS〈0．080）λ．

由于非球面光轴的唯一性，非球面定心工艺中需分别定义顶点偏心误差和球心偏心误差．通过估算顶点偏心在传统定心仪上的测量误差，可以发现传统定心仪很难达到控制目的，而干涉测量方法却能得到较高的准确度．理论推导和模拟计算表明：顶点偏心角与偏心彗差之间有线性关系，顶点偏心角的彗差灵敏度与非球面的陡度成正比．使用干涉检测的方法可以同时控制非球面的两种偏心误差，且其检测准确度可以达到0．02mm．

开发了基于针孔像分析法的视频光学传递函数测试装置.测试装置采用CCD为像接收器件,通过针孔像分析,一次获得光学系统的二维传递函数.根据频谱分析理论,结合物频谱校正和空间频率对应等因素,研究了测试组件,包括针孔直径、准直物镜焦距、CCD像元尺寸和显微物镜放大倍数等参数设置对空间频率对应及测试精度的影响;采用胖零设置和多幅图像平均法降低噪音影响,根据各组件自身的传递函数修正其对测试精度的影响.50mm标准透镜的比对实验结果表明,采用本装置和本文建立的数据处理、误差校正方法,调制传递函数测试精度为±3%.