光机系统中支撑结构与光学元件的接触位置、接触面积、接触应力及支撑结构的柔度是光学系统成像质量的重要影响因素，为了降低因垂直方向支撑引起的几何像差，以像差指数PV值为优化目标，对单个透镜接触支撑结构进行了拓扑优化设计。首先建立接触拓扑优化模型，以采用Signorini接触条件建立的刚性支撑单向接触中的线弹性结构为例，验证了接触拓扑优化模型的正确性。用透镜变形函数来描述透镜的像差指数PV值，将其作为拓扑模型的优化目标。采用SIMP方法描述拓扑优化设计变量，采用扩展后的拉格朗日算子求解接触条件。采用MMA优化算法求解拓扑优化模型的最优解。通过拓扑优化设计变量的最优解，定义了满足几何畸变要求的支撑结构的最优拓扑结构。结果表明，该方法可使透镜PV值降低14%，面形RMS值降低13.8%。同时搭建实验平台，对透镜PV值和RMS值进行测试，得到的最佳接触支撑结构的支持试验结果表明，平面反射镜表面PV值分别降低了60.4%和42.9%，面形RMS值分别降低了74.3%和38.9%，优化后的接触支撑结构有效地提高了高精度单透镜支架的精度，具有很大的实际应用潜力。

在批量生产小型光电编码器的过程中,出厂检验不仅要对光电编码器动态误差进行检测, 也要对不达标编码器进行误差溯源及修正。在实现对光电编码器高、低转速下的动态误差检测的同时, 需要快速的定位光电编码器动态误差超标的原因, 使生产者能够根据误差超标原因对编码器进行调校。为此, 提出了光电编码器检测方法及评估方法, 设计了小型光电编码器动态误差检测及评估系统。首先, 从低、中、高频率方面对光电编码器误差组成分析, 明确了各频率误差的产生原因; 然后, 提出了采用AR模型谱估计法对动态误差进行评估的方法, 并根据误差评估结果给出误差产生因素判定; 最后, 设计了小型光电编码器动态误差评估系统, 实现了对光电编码器的动态误差检测, 并给出误差评估结果。所设计的检测系统工作转速范围为0.5~8 r/s, 检测精度优于2″; 误差评估系统能够清晰的显示出动态误差在各频率下的均方值, 使生产者能够轻易地找到不达标编码器的调校方法。该系统准确可靠、显示直观, 为批量生产光电编码器提供了简单有效的检测评估手段。

为了更好地检测与评价大口径平面镜，引入了离散傅里叶级数作为处理五棱镜扫描结果的数学工具。从基本理论出发，分析了离散傅里叶方法本身性质以及在处理斜率信息上的优势；之后借助功率谱以及Zernike 多项式，分析了经过傅里叶方法处理得到结果的空间域以及频域的特性。针对米级口径的反射镜面形数据，进行模拟数据采集，之后对于该数据进行处理，得到可以用于检测装调的低阶面形。

根据激光发射系统对快速反射镜发射方向精度的需求, 提出了一种新型快速反射镜设计方案。该方案以柔性铰链为运动传递元件, 采用直线音圈电机驱动, 并用高精度光栅测微仪实现位置闭环控制。首先, 介绍了反射镜工作原理及驱动方式, 选择了系统的驱动元件和测角元件, 并对柔性铰链结构进行设计。在研究其刚度特性的基础上, 采用序列二次规划法优化了铰链关键尺寸。然后, 建立了驱动组件的简化模型, 并利用理论公式和有限元分析软件分别计算驱动组件的转角精度。最后, 使用测角元件及自准直平行光管测量了快速反射镜的转角精度。实验结果表明: 所设计的快速反射镜装置工作稳定、结构可靠, 对发射光束的控制精度能达到0.95″, 满足激光发射系统实时控制光束发射方向的精度要求。