基于空间像主成分分析的波像差检测技术是一种原位光刻机投影物镜波像差检测技术。本文对该技术的检测模型和工程技术进行了系统研究。分析了照明条件、检测标记、空间像扫描范围等影响因素对检测精度的影响。研究了空间像传感器模型，并通过仿真和实验验证了传感器模型的有效性。研究了空间像定心误差对检测精度的影响，对比了不同定心方法下波像差检测模型的性能表现。分析了不同降噪方法的空间像降噪效果，并基于空间像噪声模型，提出了一种新的空间像降噪方法。仿真与实验结果表明，在各种影响因素中，照明部分相干因子和F方向采样范围对像差检测精度影响较大。定心方面，在X方向上六项模型定心精度更高，F方向上三项模型与六项模型各有优劣。平均值降噪法可以有效滤除空间像噪声，提高像差求解精度。像差漂移量仿真测试结果表明，该技术可用于校正光刻机的短期像差漂移。本文对该技术还给出了工程应用建议。

传统的装调方法已经不能满足中高端光学系统的性能要求，目前采用精密定心仪设备对其精细装调，最终得到高质量像质。设计了一种精密反射式定心仪设备，包括设计原理及其涉及的准直物镜、基准转台、升降台及设备显控等技术; 介绍了设计实例及其关键部件，包括准直物镜、精密转子、电控升降台及显控模块; 介绍了装调应用效果，结果显示装调镜头中每片透镜的同轴度都达到了 2μm以内，保证了像质。应用效果表明，如此设计的定心仪不仅完全能胜任高精度光学镜头的装调和中心偏测量，还可以提高装调效率。

Ф1.3 m凹椭球面反射镜是某遥感器光学系统的主镜, 其定心精度要求苛刻。由于该反射镜口径大、顶点曲率半径长, 利用定心仪法进行定心的实现难度大, 精度低。通过分析非球面的两种偏心之间的补偿现象, 可知激光跟踪仪接触测量定心的精度仅为0.15°。三坐标仪接触测量定心的精度能够达到0.005°, 不过其量程受限, 且在光学加工时的反复搬运会造成不便。利用Offner零位补偿检验光路进行干涉法定心, 干涉法将反射镜偏心转换为检测系统波前的初级像差, 同样可以达到0.005°的精度。该检测方法的误差来源主要是干涉仪焦点位置误差, 是系统误差, 可以通过旋转反射镜进行多次定心测量的方法予以消除。完成了该反射镜的定心, 其结果与三坐标仪的测量结果对比, 两种偏心的最大偏差仅为0.023 mm和0.002°。实现了大口径凹非球面反射镜的原位定心测量。

针对 30倍连续变焦电视公差灵敏度高, 装调难度大的问题, 运用光学仿真方法分析各分离透镜偏心对光学系统 MTF的影响。结果显示, 前组镜中心偏差对系统像质影响敏感, 会产生非对称像差。本文优选光机界面的结构形式, 使透镜下表面自动定心, 微调上表面将偏心控制在公差范围内。变倍组、补偿组作为运动组件, 在变焦过程中光轴共轴性也是影响系统像质的关键因素。本文采用机械定心工装使运动组件的中心轴线与导杆轴线平行, 再以前组镜透射光轴为基准, 校正所有光学部件光轴与之共轴。光学系统经过精密装调, 小视场像质分辨率达到 2.43″, 接近衍射分辨率极限。

研制了一种基于共焦轴向层析定焦、自准直横向定焦的共焦自准直中心偏测量装置。利用共焦探测模块对被测球面镜的球心和顶点位置进行定焦, 从而测得被测球面镜的曲率半径; 利用光路自准直方法探测被测镜旋转过程中反射光在探测面上的路径获得被测镜的偏心量, 结合偏心量和曲率半径计算得出中心偏。与传统中心偏测量装置相比, 所提测量装置可以同时测得曲率半径和中心偏, 避免了重复装卡引入的测量误差, 有效地提高了测量精度、简化了测量过程、降低了测量成本。实验结果表明测量装置的中心偏重复测量不确定度可达0.065″。

目前, 随着军用光学镜头结构复杂度以及性能要求的不断提高, 传统装调手段误差大、一致性差的缺陷越发明显, 为此, 提出了光学镜头轴线精度定心校准技术以满足尖端光学系统的装调需求。首先, 分析了影响光学镜头成像质量的误差来源; 其次, 提出了带数据反馈的闭环制造链原理, 将整个光学系统研制环节结合成一个闭环; 之后, 针对现有装调手段的不足, 从保证中心偏差和光学间隔两方面, 提出了以定心加工为核心的镜组轴线精确校准方法, 其光机轴线一致性达到秒级, 尺寸精度达到微米级; 最后, 采用本文技术, 设计研制了一套光学镜头, 与传统镜头相比, 焦距误差由1%提高至0.1%, 分辨力由2.3″提高至2.04″。

为了提高鱼眼镜头中透镜的加工效率, 设计了三片不胶盘夹具代替传统的刚性盘和弹性盘进行精磨和抛光, 提高了生产效率；采用熔化后的聚氨酯代替上盘胶, 可避免抛光时胶层对面型的影响；运用皮筋代替设备上的压力表, 提高了下摆机精磨和抛光时光圈的稳定性；规范精磨及抛光工序中模具的使用, 有利于生产效率的提高；通过对抛光和定心磨边先后顺序的调整, 可有效避免磨边过程中在零件表面产生压痕和划痕；通过对涂墨夹具结构的改进, 提高生产效率, 降低劳动强度。在生产中, 三片不胶盘夹具的生产效率相对较低, 如何成功研制出多片不胶盘夹具是下一步工作的重点。

针对民用低成本立体成像的应用需求, 设计了一种轻小型立体成像相机光学系统, 旨在于在250 km轨道高度地面实现像元分辨率为50 m的立体成像, 该光学系统在焦面探测器配合下, 既可实现立体成像, 又可实现大画幅面阵成像。该系统焦距f′=32 mm, 视场角2ω=66°, 相对孔径D/f′=1: 6.8, 工作谱段450~750 nm。光学系统设计中, 采用反远距系统与消色差显微物镜两种光学结构组合的形式, 最终全视场光学传递设计值优于0.49@78 lp/mm, 几何畸变小于0.1%, 边缘视场与中心视场照度比0.83, 边缘视场与主光线入射角小于15°。光学系统采用精密定心装配, 并对成像质量进行了检测, 装调后相机光学系统传递函数的测试值均优于0.4@80 lp/mm, 满足实验室静态传递函数优于0.2的指标。该光学系统在成像幅宽、几何畸变数值等方面的指标均优于国内外典型立体相机。

嫦娥卫星中的紫外月球敏感器是一种以月球为姿态参考源的大视场成像式光学姿态敏感器。为了提高敏感器的环形视场和中心视场的高同轴度和对称度，需要对敏感器中的八棱锥反射镜进行高同轴度的法兰孔(内孔)加工，并与广角物镜进行高同轴度的精密装配。目前八棱锥反射镜的法兰孔(内孔)加工采用修切垫圈的方法完成，该方法装调反复、精度低。提出一种八棱锥反射镜高精度光学定心加工方法，该方法能够快速准确地找出其均方中面，并实现法兰孔的精密加工。在完成广角物镜定心加工后，可实现二者的高同轴度装配。装调结果证明，八棱锥8 个反射像的误差达到17.3″，优于设计值30″，法兰孔的同轴度和安装端面的跳动量均优于0.005 mm。整机装调后，八棱锥反射镜8 个子视场和物镜中心视场的对称度达到0.01 mm。该敏感器的装调在卫星绕月飞行中得到成功验证。