为解决纳米级大范围的非接触测量问题,提出了基于差动式共焦显微技术的光聚焦探测系统。介绍了系统 的工作原理和结构装置,对系统中的关键技术进行了优化设计,通过对共焦光路的差动设计,可以有效地抑制光源的噪声和漂移对测量结果的影响。初步实验结果表 明,该系统的轴向分辨率可达2 nm。

变焦距系统镜组的轴向位移与倍率关系通常不是线性的,示值间距标记也是非均匀的.在光学检测和计量仪器的应用中,操作者很难准确地选择刻度标志之外的焦距值,尤其是在高倍段刻度密集的和非线性显著的地方更是如此.在有电机驱动的系统中,电机匀速转动带来的是倍率的非线性变化,很难在短时间内稳定到预定倍率的目标值.对含有像差因子的变焦函数进行变换后所编制的计算程序可以十分快捷地得到预定的设计结果.一个实际的光学系统往往偏离理想情况,为了达到最佳结果,可把像差因子补充到变焦距函数中,可借助变焦函数方程进行等角距变倍曲线的研究和设计,研究成果已应用到了产品的设计中,并取得了很好的效果.

在自动聚焦系统中,对焦窗口的选择直接影响对焦的速度和准确性.若窗口过大,则不仅会增加计算量,而且背景图像太多会引起误判;若窗口太小,则会导致目标偏离窗口,也会引起误判.引入非均匀采样,可以保证图像中央区域的高分辨率和较大的视场范围,有效地提高了对焦的准确性,减少了数据量,加快了对焦速度.

建立了采用轨迹成形法加工二次非球面光学零件的数学模型,给出了相关变量的误差公式,并以某炸弹的导引头上的非球面透镜作为实例,分析了相关变量对轨迹形状误差的影响。

通过选取三镜消像散（Three-mirror anastigmat，TMA）的结构形式介绍了共轴系统离轴使用的方法。TMA系统由三个二次曲面镜、一个变形镜和一个快速稳像镜构成。根据三镜系统的初级像差理论推导出了系统的初始结构，利用自动光学设计软件Zemax对初始结构进行了像差优化设计。采用两种优化方法来保证系统的出瞳与变形镜重合，以便于校正主镜的剩余误差。所设计出的光学系统的成像质量可接近衍射极限，满足了系统对成像质量的要求。

空间外差光谱技术是一种新型的可实现超分辨的光谱技术,它综合光栅和FTS技术于一体。对空间外差光谱技术与传统的傅里叶变换光谱技术（FTS）进行比较研究,介绍了两种光谱技术的光学原理,围绕着仪器的光谱分辨率和光谱范围进行比较分析,给出了一组系统设计参数的比较例子。分析结果表明,空间外差光谱技术可以充分利用探测器的空间频率,在一窄带光谱范围内,获得超高的光谱分辨率。

传统绝对式光学编码器具有多个读码器件和多条沿码盘径向分布的编码码道，结构比较复杂，限制了绝对式编码器的应用范围和进一步的发展。提出了一种采用单读码器件的串行编码绝对式光学编码器，介绍了其工作原理和基本结构。该编码器采用单个读码器件逐个的按顺序读取位置编码，在不同阅读位置上读到的二值化信息在移位存储器中所构成的编码值具有唯一性，极大限度地简化了绝对式光学编码器的结构，为其小型化开辟了一条新的途径。

图像退化是引起X射线探测器图像质量下降的主要原因。图像恢复，可以提高系统的分辨率和对比度灵敏度。通过对射线成像系统图像退化的分析，介绍了反滤波信号恢复方法，并提出了一种近似恢复算法，该算法将反滤波恢复近似为除法运算的恢复。给出了恢复前后的图像及标准差的对比，实验结果表明了该算法的有效性。

比较了目前空间遥感相机中常用的四种反射镜镜体材料——ULE，Zerodur，铍（Be）和碳化硅（Sic）的各项性能。结果表明：SiC陶瓷具备比较明显的综合优势，是制备空间用反射镜的最佳候选材料。阐述了碳化硅反射镜镜坯的四种制备工艺。介绍了当前国内外碳化硅质轻型反射镜镜坯的发展情况。

介绍了下一代空间望远镜的可展开式反射镜的概念及设计方案,分析了展开式反射镜单元镜的支撑方案,目的是确定单元镜支撑点数量及排布方式.用有限元方法分析了12-6-1、12-8-1和16-8-1型三种支撑点排布方式下各自的镜面自重变形.计算结果表明,采用16-8-1型的排布方式较为合理.计算带有支撑座的单元镜在1g惯性载荷作用下,通过调节支承座位移,获得镜面RMS值为16.52nm,小于1/4波长（632.8nm）的面形,表明将该支撑方案应用于单元镜具有可行性.