自动对焦是全自动显微镜的关键技术, 决定着显微镜成像的精确性和实时性。对焦方法包括主动式和被动式两种, 主动式是指基于数字图像处理的对焦方法, 被动式是指基于光学离焦量检测的对焦方法。介绍了两种方法的原理和研究现状, 通过比较其优缺点, 总结出基于离焦误差检测的主动式对焦方法具有更高的精度和速度, 更适用于全自动显微镜系统。

灯检机是利用机器视觉技术对药液中可见异物进行检测的机器。为了利用全自动灯检机获取中药液杂质粒径和其成像大小之间的精确标定曲线，提出了基于正交双目视觉的杂质粒径标定方法。首先，根据空间匹配建立杂质颗粒在正交相机图像中的对应关系，得到杂质颗粒在图像中的三维空间坐标; 然后，根据杂质颗粒的坐标计算由柱形瓶装药液带来的一维放大率误差并对杂质颗粒图像进行图像几何校正，再根据杂质颗粒坐标进行杂质离焦误差系数计算，从而获得杂质颗粒图像大小的精确值。对滴加了粒径为50 μm的标准颗粒的西林水剂瓶进行粒径标定，使杂质粒径测定值的离散度系数从0.11降低到了0.05。实验表明，此方法可以获得高精度的粒径标定曲线，实现灯检机对药液中杂质粒径的精确判定。

为了实现1.23 m望远镜在环境温度从－35℃～+55 ℃变化范围内，光机系统的成像质量的指标要求，本文从原理上分析了温度变化对光机系统中光学元件面形准确度及相对位置关系的影响，推导出了主次镜间光学间隔变化与像面离焦量的比例关系.通过对1.23 m望远镜光学结构的像质分析，结合光机结构设计，搭建了适合环境温度变化的光机系统，从方案设计上满足了望远镜系统的成像要求.通过实际的成像实验，验证了温度变化导致的主次镜光学间隔变化对望远镜系统成像带来的离焦的影响，并给出了具体的温度补偿措施，即采取次镜调焦的方式，可满足具体观测实验的要求.同时，为今后1.23 m望远镜以及类似的大口径望远镜系统的实验和技术改造提出了切实可行的意见.

通过对1.23 m口径望远镜光学结构的像质分析，结合光机结构设计，搭建了适合仰角从0°~90°范围运动的光机系统，从方案设计上满足了望远镜系统的成像要求。但是在重力场中，随着望远镜俯仰角的变化，主次镜会产生相对的弯沉和倾斜，进而对系统成像质量产生影响。通过实际的成像实验，也验证了仰角变化对望远镜系统成像带来的离焦的影响，并给出了具体的系统补偿措施，满足了实际观测实验的要求。同时，为今后1.23 m望远镜以及类似的大口径望远镜系统的实验和技术改造提出了切实可行的意见。

从几何光学角度出发，分别对含有像散和彗差的波前编码系统成像特性进行了分析，推导了含有像散和彗差波前编码系统的光线像差，计算了光线像差的上下边界。通过光线像差及点列图分析了波前编码系统对像散和彗差的敏感程度。结果表明，当系统同时含有离焦像差和像散时，光线像差较仅含离焦像差的波前编码系统有所放大，点列图弥散程度增加，进而使系统调制传递函数(MTF)有较大程度的下降，影响中间图像的可复原能力，但其仍保持着较好的离焦不变特性。当系统同时含有离焦像差和彗差时，由于切向和径向的光线像差及点列图变化并不对称，彗差的存在对系统的离焦不变特性及图像的可复原性均产生影响，不仅使系统对中间图像的可复原能力降低，也使两方向的离焦不变特性有所不同。