调焦是高能激光系统中发射聚焦装置的关键一环。调焦机构对系统的瞄准和打击精度有着重要作用。为了解调焦机构的研究现状和发展趋势，首先对国外各类研究成熟的调焦机构进行了介绍，并分析了其调焦控制的原理以及针对各类技术问题所提出的解决方案。对于国内研究情况，则着重介绍了凸轮、丝杠、蜗轮蜗杆和直接驱动四种形式的调焦机构。然后分析了其控制调焦的基本原理，并介绍了应用于不同系统的调焦机构的设计特点。通过分析各类型调焦机构的设计及控制，总结和对比了它们的优点与不足，提出了适用于高能激光系统的调焦机构设计思路及研究方向，为高能激光系统调焦机构研究打下了技术基础。

针对一些光轴稳定性要求较高的高空使用战斗机挂载光电系统，分析了光学系统设计中提高光轴稳定性的几点要素，给出了消热差公式的条件，推导了景深公式，并给出了四种提高途径：采用较大温差范围的光学全被动补偿无热化设计、降低公差灵敏度、提高结构件的刚度和强度、使用景深调焦机构(满足较大作用距离的机载高低空使用要求)。介绍了一种小型机载近红外无热化变焦系统的设计思路。该系统采用光学补偿，有4个透镜组(最后一组为景深调焦机构)，在-55~70℃温度范围内均具有较好的像质、较宽松的公差特性和较好的光轴稳定性。

调焦机构是空间相机获得良好成像质量的重要保障。由于调焦机构焦平面两端的同步性误差不可避免, 会对成像质量造成影响, 因此对双凸轮和丝杠螺母调焦机构同步性误差进行了分析。介绍了两种调焦机构工作原理; 分析了两种调焦机构同步性误差的来源并对其同步性误差进行了计算; 对两种调焦机构的同步性进行了测试验证。两种调焦机构采用统计法和蒙特卡罗法计算同步性误差, 验证结果与之相符。满足调焦机构同步性误差的最大允许值±20μm, 完全满足现阶段使用要求。

根据某型号微光多谱段成像仪的整机结构特性和工作条件，设计了一种调焦及像移补偿一体化的设备，达到节约空间、保证成像质量以及实现低照度环境下成像的目的。其中调焦功能由丝杠螺母配合楔形滑块实现，像移补偿功能由音圈电机实现，且配合有动、静态两级锁紧装置，使机构的可靠性、抗冲击性显著提高。结构外形尺寸为 349 mm×192 mm×174 mm，调焦范围为±2 mm，像移补偿量为 3 mm，调焦分辨率为 0.05 .m，实测的定位精度为 ±5.7 .m。扫频振动试验得出其一阶模态为 225 Hz，与有限元仿真分析结果基本一致，正弦振动试验和随机振动试验结果良好，均在技术指标要求范围内，说明具有良好的动态刚度，可以有效地避免共振现象的发生。综上所述，该调焦及像移补偿机构具有体积小，结构强度高的特点，可以很好地满足微光相机的工作条件。

光学系统调焦是保证光电测量系统获取高质量图像的重要步骤之一。当对目标跟踪成像时光电测量系统不能及时调焦，获得的模糊图像对目标姿态、跟踪、识别和辐射特性测量造成很大的影响。在总结地基靶场检测调焦方法的基础上，设计了一种新型的相位-图像复合被动检测调焦结构。检测调焦系统对获取的图像信息进行处理，采用自动搜索算法，计算出需要的调焦量，最终找到最佳焦面位置。检测调焦样机的调焦对比试验发现，该系统的相位调焦精度优于0.08 mm，复合调焦精度优于0.02 mm，可以有效提高系统的调焦效率。

调焦机构作为空间相机的重要组成部分, 其动力学性能很大程度上影响了相机的可靠性。为了完成调焦机构的动力学分析, 本文以某型空间相机调焦机构平台作为研究对象, 将导轨作为切入点, 在调焦平台的有限元模型中利用优化的串联弹簧阻尼单元完成对导轨结合部的建模。基于Hertzian接触理论获取动力学参数, 将调焦平台中滚珠丝杠和联轴器的刚度等效至导轨结合部上, 并提出了关系表达式和修正参数。通过以联轴器为变量的对比实验获取修正参数, 实现该空间相机调焦平台的动力学分析。最后, 利用该分析方法在不同的参数条件下完成了调焦平台的动力学仿真分析, 仿真值与实验结果得到的基频值的误差小于2%, 证明了该分析方法具备较高的精度和可靠性。

空间遥感相机在轨运行时由于空间环境的变化，会产生不同程度的离焦。针对某高分辨率空间相机光学系统的特点以及焦深，设计了一套蜗轮蜗杆传动驱动偏心凸轮的调焦机构，详细分析了调焦机构的精度，分析结果表明：调焦机构的定位精度为 0.0042 mm，焦平面组件的倾斜量为 5.31.，满足光学系统的要求。最后，建立了工程分析模型，并对其进行了模态分析。结果表明：调焦机构的一阶模态为 176.56 Hz，高于相机的基频，满足设计要求。因此，所设计的调焦机构能够保证高分辨率空间光学遥感器在复杂工况下的成像质量。

高分辨率空间相机受发射段恶劣的力学环境以及空间复杂的温度环境影响, 光学系统会产生微小的离焦量。为保证相机成像质量, 本文设计了一种由蜗轮蜗杆与凸轮滑块机构组成的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计通过蜗轮蜗杆实现第一级减速, 并且使驱动器旋转轴与光轴正交, 使机构更紧凑。通过凸轮滑块机构进一步进行减速, 同时将旋转运动转化为直线运动, 并通过直线导轨保证滑块的直线运动精度。该机构体积小、精度高, 并且能实现断电自锁。机构运动副上溅射固体润滑涂层, 防止发生真空冷焊。结合机构自身的特点, 分析了机构调焦的分辨率与误差。对该机构开展了力学与热真空循环试验, 试验前后对机构的精度指标进行了对比测试。试验与测试结果表明: 该机构环境试验后性能参数正常, 其调焦位移误差优于5.8 μm, 线性度优于0.3%, 偏摆角优于14″。在热光试验中通过调整焦面, 成像质量有显著的提升。该调焦机构能够满足光学系统的精度与环境适应性要求。