研究了基于数字微镜器件（DMD）的多路并行共焦显微镜。利用DMD产生特定的图案对光源进行调制,形成多路并行共焦检测工作模式,其作用相当于虚拟针孔阵列,可以代替现有的并行扫描方式。采用DMD作为共焦系统的并行横向扫描方式,在不损失分辨率的前提下,大大提高了测量速度。系统中虚拟针孔的大小和周期等关键参数具有程序可控制性,能够根据不同的要求对样品进行测量。解决了分光棱镜内表面反射作用对共焦成像造成的干扰问题。设计了DMD横向扫描策略。对样机进行了测试实验,取得了系统的深度响应曲线,并且成功还原了被测物表面的微结构。

本文根据运动平台上某跟踪系统主镜筒的设计方案,在ansys平台下建立系统有限元分析模型,求得了主镜筒的前十阶固有频率和结构的强弱分布,确定了结构分析的重点为主、次镜的相对位置变化。定义了描述主、次镜相对位置变化的参量及其计算方法,并在冲击载荷作用下计算分析了主、次镜相对位置的瞬态响应,总结了主镜筒的响应规律。分析结果为跟踪系统总体结构振动分析提供方法参考,为系统动力学优化设计提供理论依据。

本文所分析的空间相机视场角比较大,引进的杂散光较难消除,故对遮光罩的设计提出了挑战。本文以点源透射比作为评价方法,以空间相机探测到的目标亮度为标准,计算出相机需要达到的杂散光抑制指标。以此指标为基础,根据空间相机自身的特性及遮光罩设计原则,设计出一个三段式二级遮光罩。在光学软件TracePro中对加上遮光罩的相机系统进行建模和仿真,由得出的点源透射比曲线证明设计的遮光罩能成功地抑制杂散光,可以满足空间相机的使用要求。

针对传统PKU测量仪器由于不能监测激发光强度的波动,从而导致所测得的荧光数据具有较大不稳定误差的缺点,本文构建了一套新型的以N型光纤为核心的光路检测系统,研制出一种专用于PKU检测的光纤型荧光仪。根据美国临床实验室标准化委员会（NCCLS）文件,美国质量协会（ASQ）的QS-9000标准以及相关文献,采用将研制的荧光仪和国家规定的标准仪器（雷勃仪器,THERMO Varioskan Flash全波长多功能酶标仪）相比较的方法,提出了一种可定量评价仪器相关各项指标的评价方案。并运用其标准对所研发的荧光仪进行了全面评价,结果表明荧光仪的各项指标均符合要求,同时为仪器的进一步改进指明了方向。

针对空间遥感望远镜对大视场和高分辨率的需求,本文提出了像方指向技术。首先设计了透射式大尺寸像面光学系统;接着,根据像面尺寸的要求,提出了一种基于像方指向的探测器机械交错拼接法;然后,分析了像方指向系统的工作原理及关键技术。最后,进行了实验成像并分析了系统的误差。实验结果表明：像方指向系统的指向精度需优于1.6mrad,探测器焦平面的平面度为20μm,采用该方法可以获取完整的大视场像面图像信息。

Coude光路是大口径望远镜光学系统必要的组成部分,它将主望远镜的光束进行传递,以使其进入望远镜机下Coude实验室,与子光学系统相耦合。在Coude光路中,存在多块折转反射镜,反射镜之间的相对位置关系影响着系统的成像质量。因此如何保证光学元件之间的位置关系,成为光机结构研究的关键问题。根据系统要求分析并设计了各类型调整机构,包括二维半运动支撑倾斜调整机构、一维燕尾形导轨平移机构和一维精密旋转机构,机构行程大、操作便捷,既保证光学元件之间的准确位置关系,也便于装调和检测。整个研究方法适用于光机系统调整,在实践中得到了应用。

大口径平面基准仪是在大口径、大视场的空间光学遥感器光学系统装调过程中必须应用的基准工具，随着光学系统的口径和视场的不断增大，平面基准仪口径也不断增大，本文从满足大口径平面基准仪反射镜在复杂的工况下综合面形误差要求的角度出发，介绍了1000mm大口径平面基准仪反射镜及其支撑结构材料的选择，讨论了反射镜的柔性支撑结构的设计方法，并运用CAD／CAE工程分析软件进行分析及优化，应用有限元法优化出一种合理的反射镜柔性支撑结构。

目前大口径SiC反射镜组件的研制是当前轻小型化相机研制中亟待解决的关键技术之一。针对该类反射镜的研制特点,本文以某轻型相机大口径SiC反射镜组件的工程研制为例,从方案设计、力学样机设计与分析及地面试验三方面,系统地阐述了大口径SiC反射镜组件进行合理、高效、高可靠性设计的主要研制技术路线。有关试验结果表明,SiC反射镜组件一阶频率保持在340Hz左右,与有限元分析结果相差约8.5%;振动试验前后反射镜面形RMS相差为0.009λ,该结构满足使用要求。该反射镜组件研制技术路线完全适用于其它大口径反射镜组件的工程研制,并可有效提高结构的稳定性,缩短研制周期。

着重分析了超短焦鱼眼镜头焦距与分辨率的关系,表明了像面尺寸一定的前提下焦距越短,全景展开的环景边缘分辨率越高。基于以上理念,依据超短焦全景镜头设计思路,设计了一款焦距像高比≤0.35,水平视场角=360°,垂直视场角≥180°的全景鱼眼镜头。设计结果表明：在空间频率为200lp/mm处的MTF值大于0.4,接近衍射极限;在垂直半视场角45°~90°的环景边缘区域拥有大于75%的像素空间,使得环景展开后仍然具有较高的分辨率,从而代替多台不同方位的高解摄像机,实现高清全景监控。

针对自适应光学系统对变形镜行程的更高要求,本文对提高变形镜行程技术进行了分析,提出了一种解决变形镜大行程的方法：匹配、优化变形镜的结构参数;利用有限元软件分析了该结构的各参数对变形镜主要性能指标：最大变形量、交连值及最大应力等的影响。根据分析结果,利用有限元分析方法对一自适应光学望远镜所用变形镜的镜面、驱动器结构参数进行了匹配与优化,结果表明：在现有工艺与技术基础上,通过匹配与优化变形镜的结构参数可大幅提高其行程。