全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中，光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大，同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。文章基于像差理论，讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法，将Q型（Q-Type多项式）非球面引入全景头部单元增加优化变量，用偏离因子因子${k_{{\text{RMS}}}}$数值表征非球面加工难度，设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。该系统在奈奎斯特频率（20线对/mm）处调制传递函数优于0.5；全视场像元（25 μm×25 μm区域内）能量集中度优于65%，像质评价结果表明其成像品质良好。该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进，满足超大视场实时成像的应用需求。

甚宽视场相机作为高分六号卫星的核心载荷，具备65.6°视场、862 km超大幅宽和8谱段成像能力。针对其自由曲面离轴四反光学系统的结构特点和任务需求，采用复合型多层隔热组件进行热隔离、高导热率石墨膜进行热疏导及分级热控等措施进行了热控设计，实现了光机结构的精密控温和高热耗/热流密度电子学设备的高效散热，并利用有限元分析软件UG12.0/Space thermal仿真分析了相机高、低温工况下的温度；通过对比热分析、热试验及卫星在轨遥测温度数据，验证了该热控方案的实际效果。在轨遥测数据显示：光机结构在轨温度水平为19.7~20.3 ℃，温度梯度最大不超过0.4 ℃，CMOS焦面组件每轨摄像12 min的情况下，温度波动在19~24 ℃，均满足热控指标要求，遥测数据与热分析及热试验结果偏差小于±0.5 ℃。表明该相机热设计正确可行，热分析及热试验过程合理可靠。

Structured illumination microscopy (SIM) is one of the most widely applied wide field super resolution imaging techniques with high temporal resolution and low phototoxicity. The spatial resolution of SIM is typically limited to two times of the diffraction limit and the depth of field is small. In this work, we propose and experimentally demonstrate a low cost, easy to implement, novel technique called speckle structured illumination endoscopy (SSIE) to enhance the resolution of a wide field endoscope with large depth of field. Here, speckle patterns are used to excite objects on the sample which is then followed by a blind-SIM algorithm for super resolution image reconstruction. Our approach is insensitive to the 3D morphology of the specimen, or the deformation of illuminations used. It greatly simplifies the experimental setup as there are no calibration protocols and no stringent control of illumination patterns nor focusing optics. We demonstrate that the SSIE can enhance the resolution 2–4.5 times that of a standard white light endoscopic (WLE) system. The SSIE presents a unique route to super resolution in endoscopic imaging at wide field of view and depth of field, which might be beneficial to the practice of clinical endoscopy.

宽视场光学成像系统可以增大光学遥感器观测范围、提高探测效率。近年来，基于自由曲面的光学系统设计和制造取得了重大进展，为设计大视场、大相对孔径、高分辨率、高成像质量、无遮挡离轴反射系统提供了可能性。首先，分析了大视场离轴反射系统的像差特性，指出当不断增加系统视场角，尤其是子午方向视场角时，与视场相关的非对称高级像差量将剧烈增加；像场连续性要求更加凸显。接着，提出了一种二维大视场长焦距离轴光学系统设计方法：在常规光学系统初始结构基础上，采用多重结构形式，使子午方向视场角离散化，光学系统特定曲面分解为两个子曲面；并构建系统约束条件，通过约束系统外形尺寸、优化系统结构形式进而完成系统优化设计。最后，基于提出的方法，设计了一款焦距为1 000 mm，像方F数为10，视场角为40°×16°的自由曲面离轴四反光学系统。设计结果表明：该系统全视场范围内成像质量较好，50 lp/mm的特征频率下，400~750 nm可见光波段内光学调制传递函数优于0.26，证明该方法切实有效。

现代生物学和生物医学领域迫切需要研制兼顾大视场、高分辨率的显微成像技术和仪器以对生物样品实现跨尺度观测，满足重大科学问题的研究需求。受限于系统的空间带宽积，传统商业显微镜无法满足这一需求，且现有高空间带宽积显微成像系统存在体积庞大、实施成本高昂等问题。本文基于HiLo光切片技术和自主设计的大视场高分辨显微物镜，研发了具有高空间带宽积特点的大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统，测试了系统的成像视场和分辨率。应用该系统对小鼠脑切片开展了白光照明明场成像实验，并与OLYMPUS商业显微镜成像结果做了对比；对小麦种子荧光切片开展了光切片成像和宽场荧光成像对比实验。实验结果表明, 大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统的成像视场达到4.8 mm×3.6 mm (对角视场为6.0 mm)，横向分辨率达到0.74 μm，轴向分辨率达到4.16 μm。大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统兼有大视场和高分辨率成像的优势和快速光切片成像的能力，能够对大体积生物样本开展快速三维成像，将为胚胎发育、脑成像、数字病理诊断等研究提供有力的技术支撑。

荧光显微成像具有高分辨率、高灵敏度、高分子特异性以及非介入性的优点，可以在微米乃至纳米尺度下表征样本的形态学与分子功能学信息，成为了生命科学研究的重要工具。随着微观生物学研究的不断深入，荧光显微成像被期待能够动态且立体地观测微观生物结构与分子事件。文中系统性地梳理了近年来快速三维荧光显微成像技术的研究进展，包括点扫描式成像、宽场成像与投影断层成像在提高成像速度、拓展成像维度以及增强成像质量等方面的主要技术手段、改进策略与代表性研究成果，并展望了快速三维荧光显微成像技术的未来挑战与发展前景。

为了满足2.5 m大视场望远镜的跟踪要求，提出了望远镜主轴伺服三闭环控制设计方法。在整定好的电流环输入端注入正弦信号，扫频测试主轴伺服速度环的开环频率特性。根据谐振频率设计结构滤波器抑制机械谐振，从而达到更高的闭环带宽。最后，依据辨识得到的控制模型，设计速度环线性自抗扰控制器和位置环比例控制器。速度环基于线性扩张状态观测器估计扰动并补偿其影响，可以达到更高的低速跟踪精度。为解决快速搜索问题，根据设备允许的最大速度、加速度，基于离散最速跟踪微分器安排过渡过程。实验结果表明：线性自抗扰控制相比PI控制，2.5 m大视场望远镜进行1.24°视场角快速步进搜索的时间由1.6 s降低为1.0 s；以速度为2 （°）/s，加速度为1 （°）/s²作为等效正弦引导的误差均方根值由1.08″降低为0.60″；低速跟踪斜率为0.000 1 （°）/s的位置斜坡曲线时，位置跟踪稳态误差均方根值由0.015 8″降低为0.010 6″。线性自抗扰控制能够满足大视场角天文望远镜高效率快速搜索和低速精密跟踪的要求。