针对红外双波段成像系统性能测试与评估的应用需求,设计了3um-5um和8uM-12um红外双波段视景仿真用离轴三反光学系统。在共轴三反光学系统成像理论基础上,分析了孔径光栏远离主镜的离轴三反系统像差特性,研究了大出瞳距、大相对孔径条件下离轴三反光学系统的结构设计和像差平衡方法。系统焦距为330mm,F＃为3,视场为60X4.5。,出瞳距为750mm,在空间频率10lp/mm处,中波红外MTF>0.65,长波红外MTF>0.4,接近衍射极限。具有大视场、大出瞳距、高分辨率、结构紧凑等特点。

离轴三反射(TMA)系统是基于同轴三反射系统，通过视场离轴及孔径离轴实现无中心遮拦。传统解法需通过三反射镜遮拦比与放大率,来确定同轴结构的间隔等参数，该方法不利于直接限制系统筒长。在传统解法的基础上，提出一种通过给定三个反射镜间隔及三镜到像面距离，确定同轴结构的方法。利用Matlab 软件设计程序求解初始参数；利用Zemax 光学设计软件进行优化。根据是否有中间像面，分别设计得到焦距为1500 mm，入瞳250 mm 的Cook 式和Wetherell 式离轴三反射系统。结果显示，两种光学系统调制传递函数在50 lp/mm 处均大于0.6，点列斑均方根半径小于5 μm 。该方法直接有效的控制了系统长度，设计结果像质满足要求。

大视场、高分辨力星载成像光谱仪已成为空间遥感的迫切需求。根据大视场、高分辨力的研究目标，提出了先视场分离分光再用分色片分光的设计方法，分析了视场分离分光的原理。设计了一个全反射式星载成像光谱仪光学系统，该系统由指向镜、11.42°远心离轴三反消像散（TMA）前置望远系统和4个Offner凸面光栅光谱成像系统组成，通过恰当选择4个光谱成像系统的变倍比来实现2种探测器的匹配。运用光学设计软件CODE V对成像光谱仪调制系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析。分析结果表明，光学系统在各个谱段的光学传递函数均达到0.7以上，完全满足设计指标要求；同时证明了设计方法是可行的。

为了实现非完善成像离轴三反系统的高质量装调,提出了一种置于三反系统焦点前的像差补偿系统的设计方法。基于高斯光学,推导了补偿系统参数与像点空间位置的关系,并根据三级像差理论,设计出补偿系统的初始结构。利用有效口径为400 mm、F数为3.9的离轴三反系统,对所提方法进行了分析,验证了方法的可行性。所提方法有效提高了优化效率,适用于多种类型的反射系统。最终设计结果以相对较小的口径实现了非完善成像离轴三反系统的高质量装调,有效降低了装调成本,提高了装调效率。