随着微机电系统(MEMS)、微光机电系统(MOEMS)等具有表面浮雕微结构的微纳器件的发展，寻求制作工艺简单、工作效率高、成本低、能产生连续三维面形的新的加工技术是现在微纳加工技术的发展方向之一。现有的表面浮雕微结构的加工方法主要有二元套刻法、直写法、移动掩模法、热融法、灰阶掩模法等。各种方法各有优缺点，如二元套刻法工艺复杂且难以产生连续面形，直写法虽精度高但效率太低，灰阶掩模的制作成本又较高。数字灰度光刻技术是一种将灰度掩模和数字光处理技术结合，而发展出来的一种具有效率高、成本低、加工工艺简单等优点的微纳加工技术，它可以通过一次曝光加工出连续三维面形的浮雕微结构，在MEMS和微光学元件加工中有很好应用前景。数字灰度光刻投影成像物镜是保证其图像转移质量的重要部件之一。由于微电子加工的需要，传统的投影光刻物镜的视场较大，且系统是为透射式掩模而设计的，成像系统的前工作距离较小，因此其无法直接移植到数字灰度光刻系统中。数字微反镜(DMD)是可方便地用于灰度光刻系统的一种光反射式图形发生器件，如果数字成像系统有过大的物镜口径和较小的前工作距离会使得光路安排非常困难。另外，为减少数字灰度光刻系统的成本，用于MOEMS制作的数字灰度光刻机无须像传统光刻那样对物镜的加工和装调精度提过高的要求，因此，有必要设计一种能适合DMD工作方式，并能够消除DMD栅格效应且加工制作成本较低的光刻物镜。本文深入研究影响数字灰度曝光像质的各种因素，选择合理的成像系统结构和参数，基于光学设计的高级像差理论分析像差产生原因，给出了光刻物镜的像差容限，并寻找校正和分配系统像差的有效方法。在光学设计软件的辅助下，设计出的镜头组镜片数量少，光学加工、光学校装公差要求低，可满足高质量、低成本、快速加工的数字灰度光刻系统对光刻物镜的需要。我们还搭建了简易成像光路进行数字灰度光刻实验，分析影响数字灰度光刻成像质量的一些因素和物镜设计方案的可行性。实验结果表明，新光刻物镜的设计思想能有效的消除DMD成像过程中的栅格效应，兼顾了人们对系统分辨率与工作效率的要求，为数字灰度光刻系统的建设提供了技术保证，对推动数字灰度光刻技术的实用化发展有重要意义。