针对传统聚光系统聚光倍数较低并且需要复杂跟踪装置及机电控制的弊端，对能否实现静态大角度接收太阳光的光学聚光元件进行了研究和设计．利用非成像原理及边缘光线原理进行编程建模，设计了折射式及折反射式的太阳能聚光镜，可满足大角度的入射及出射范围．通过光学软件ZEMAX以不同入射角度进行模拟．模拟结果表明，大角度静态接收的聚光元件是可以实现的．

基于Wassermann—Wolf曲面原理，设计了一套共形光学系统．该系统的设计方法与传统光学系统不同，具有随目标视场变化的动态像差特性．系统主要参量f’为30mm，像空间F／#为1、0，工作波长为3～5μm，HFOR为24°（半目标视场），HFOV为1、0°（半瞬间视场）、设计结果表明，在整个目标视场系统成像质量达到较好水平．

为满足日冕仪对杂散光抑制的苛刻要求,通过分析日冕仪的工作原理和结构特点,设计了白光日冕仪光学系统,系统观测范围为2.5~15 R⊙,角分辨率为14″,口径为30 mm,焦距为200 mm,系统总长为1 080 mm;其中光学系统长370mm,37 pl/mm的MTF值＆gt;0.5。分析了直射太阳光、太阳光在外掩体D1边缘的衍射光、视场光阑A1边缘的衍射光、以及物镜组O1各表面多次反射带来的系统杂散光的特点,利用多个光阑互相共轭的空间位置关系,设计了相应的杂散光抑制结构,从而完全抑制了系统的4个主要杂散光光源产生的杂散光,使系统整体杂散光抑制水平达到10-8~10-10B⊙,满足了日冕仪光学系统对杂散光抑制的要求。

研究了两种曲面复眼成像系统，并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统，使其边缘视场的成像质量进一步提高，视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹，两种结构的视场角分别达到60°和88°，整个系统的体积分别为0.9mm×0.9mm×0.5mm和0．9mm×0.9mm×0.25mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。

介绍了重叠复眼及其优点.与并列型复眼相比,重叠复眼有更高的光能量利用率和更高的灵敏度.首次利用ZEMAX软件对重叠复眼进行了实例模拟,通过光线追迹,详细分析了其工作原理,并且将重叠复眼与并列复眼在灵敏度和光能量利用率两方面进行了对比,得到了前者比后者有更高的光能量利用率和灵敏度的结论.