文章针对测绘应用对多光谱相机设计的技术要求,从影响相机内方位元素和在轨成像品质因素出发,结合三反离轴相机的特点,重点分析多光谱相机高稳定性设计（力学和热）。多光谱相机主体反射镜通过选取零膨胀的微晶玻璃和殷钢材料,降低了反射镜的热敏感性,反射镜组件通过采用四点球铰无应力支撑技术实现了反射镜的静定支撑、消除掉了反射镜装配应力,保证了反射镜面型的稳定性。相机主体结构与卫星的连接采用柔性卸载结构设计,卸载了卫星结构由于热变形而导致的相机结构变化,保证了相机主体结构的在轨性能稳定性。通过对整个相机进行有限元分析和环境试验,有效地验证了设计的正确性,多光谱相机主体具有较好的结构稳定性。

针对轴向预载随结构的热变形改变而导致光机系统特性失效的设计难点,提出了一种光机结构轴向一致性可控方法。建立光机结构的热效应模型,分析热变形与轴向预载的关系,通过与传统轴向压紧结构的热分析比较,设计了一种轴向预载与温度变形一致可控的挠性构件;对不同结构参数挠性构件的变形分析表明,所设计的挠性构件在温度变化时具有很高的轴向变形可控性;建立了轴向变形量Δδ与挠性构件参数的数学模型,给出具体结构参数的设计方法。将所研究的挠性构件引入星模拟器的结构设计中,实际测试结果表明光机系统具有很好的常温特性,验证了所提光机结构轴向一致性可控方法的有效性。

光学仪器通常都工作在一定的温度环境中， 温度变化将造成光机系统的结构尺寸以及光学介质的特性等参数发生变化。针对卡式红外光学系统工作环境温度变化范围大的特点，进行了热补偿结构设计。 并利用有限元方法，对主镜及其支撑结构进行了分析，明确了导致镜面变形和结构参数变化的主要因素为大范围的温度变化。 在此基础上，对支撑结构进行了改进和参数的优化设计。 研究结果表明：改进后的结构是合理可行的。

在研究傅里叶变换透镜理论的基础上，根据某微粒子观测实验的要求和几何光学像差理论，得出了高分辨率傅里叶透镜的初始参数，分析了系统的消像差方法，并应用ZEMAX软件设计了满足要求的工作波长为532nm的傅里叶变换透镜。在光机结构设计中，为减少外界环境对成像质量的影响，在频谱面处设计了光阑和低真空腔。工程分析和实验结果表明，抽真空引起的光学间距变化对该系统的成像质量基本没有影响，用目视显微镜法检测系统的分辨率为2．81μm。该系统可以保持12h的低真空（100Pa以下），并且已成功应用于某微粒子观测实验。

结合光机结构的设计与制造，提出了Ｃ４Ｐ综合体系，对其基本组成部分做了论述 ，并给出一个实例的软硬件构成。最后简略叙述了Ｃ４Ｐ综合设计与制造体系的实现策略。

4F传像系统广泛应用于光信息处理领域,对4F传像系统进行了研究,根据其设计原则和某微粒子观测试验的要求,应用ZEMAX软件设计了工作波长为694 nm,视场达到Φ80 mm的4F光学系统,并根据本光学系统轴向尺寸长、对空气扰动要求严格等特点完成了光机结构的设计。用目视显微镜法和全息法检测系统的分辨率结果表明：系统在视场为Φ50 mm的范围内分辨率优于4μm。