为满足微粒子观测相机对光学系统的要求，提出了一种基于滚珠丝杆驱动的传动式调焦机构，介绍了其独特的直线运动结构形式。针对调焦机构承受的静载荷工况和温度工况，用有限元模拟法仿真分析了它的应力和变形情况，得到的最大静力变形为0．001mm，最大热变形为0．002mm。通过分析该结构各个传动件误差及装配误差，给出了结构总的理论相对误差值为2．2％。在样机的装调检测中实现了步进分辨率为0．005mm，平均空回误差步距角为0．2个，完全可以满足整机对调焦机构的要求。

针对现有薄膜反射镜成形控制方法存在求解复杂,工程实用性差等问题,提出了基于反演求解的半解析成形控制方法。首先,基于Karman方程和静电场理论推导了所要拉伸的抛物面面形与施加压强分布的关系及实验所需的离散电极环电压值;其次,利用有限元软件建模和分析,验证所推导的压强分布;最后,在口径为300mm的三环电极的静电拉伸反射镜实验平台上进行了验证实验。实验显示,拉伸面形最大变形量与理论值基本吻合,面形误差与传统均匀压强下的相比有所减少,最好的实验结果得到的PV值和RMS值较均匀压强下的值分别减少了9.76%和15.38%。仿真及实验结果表明：所描述的方法可以控制面形并提高面形精度,与传统的成形控制方法相比较具有简单实用等优点。

空间薄膜反射镜属于未来空间超大、超轻的反射镜,可以有效减少发射质量和装载体积。环境温度变化将影响薄膜反射镜的焦距和面形。利用有限元软件建立温度对薄膜反射镜成形影响的计算模型,分析了均匀温度变化、径向温度梯度、周向温度梯度3种形式下薄膜反射镜面形变化。以口径Ф300 mm的静电拉伸薄膜反射镜为实验平台,针对均匀温度变化情况进行试验,根据分析结果归纳了温度变化影响补偿的方法。结果表明：相比传统光学元件,温度轻微变化给薄膜反射镜的焦距和面形带来明显变化,均匀温度变化对薄膜反射镜的焦距影响最大,而周向温度梯度对面形影响最大,试验结果验证了有限元模型的正确性。

考虑薄膜反射镜具有质量轻、柔韧性好、可折叠等优点，研究了由静电拉伸法制备薄膜反射镜的新技术。介绍了薄膜反射镜的静电成形机理，计算丁单电极模式下薄膜所受力场，设计了单电极式薄膜反射镜的控制实验。给出了控制成型所需的主要参数，设计了薄膜反射镜的夹持结构和控制电路，并利用刀口仪测量了形成的反射面的焦距。实验结果显示，未通电时薄膜反射镜面形的PV值达到11．14λ，RMS值为1．86λ，在10000V的高压下可以形成焦距约为2．1m的反射镜面。通过Zernike拟合验证了数据的可靠性，结果表明，通过改善夹持结构精度和选取性能优良的薄膜材料，反射镜面形精度可进一步提高。

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。

星体标校技术是利用恒星在天球上的准确视位置标定光电经纬仪的指向精度。其方法主要采用两种方法：时角法和弧长法，时角法是采用恒星视位置的计算公式，通过光电经纬仪瞄准并测量，然后与理论计算的真值进行比对，从而求出光电经纬仪的指向误差。

通过几台经纬仪的交汇测量方式或单站测距方式能够确定目标的空间坐标，经纬仪的三轴误差的大小直接影响测量精度。本文利用坐标变换方法推导经纬仪三轴误差，并将其结果与利用球面三角学推导的结果进行了比较，探索了推导经纬仪三轴误差的新方法。

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。

针对TMC（三镜卡塞格林）光学系统凹椭球面主镜的检验,本文提出了一种平板补偿的自准检验方法。该方法克服了OFFENER零位补偿器本身性能难以检验,只能靠加工和装调保证精度的问题。针对TMC主镜面形与抛物面接近的特点,对平板补偿的自准检验方案进行了理论分析,利用二次非球面的法线像差性质推导了检验光路中球差的表达式,并利用最小剩余球差进行补偿平板参数的确定。对某TMC系统顶点曲率1589mm,二次系数-0.983,口径Φ500mm的主镜检验,设计了尺寸仅为Φ34.2mm×9.1265mm的补偿平板。在ZEMAX中计算的结果表明,经平板补偿后的检验光路波像差RMS值为0.003λ,可满足TMC主镜的高精度检验要求。对补偿平板的检验方法,以及加工和使用中应当采取的措施也进行了考虑。与常用检验方法相比,本文方法具有容易对平板性能进行检验,成本低、研制周期短等优点。

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。