微光学器件具有体积小、重量轻、造价低等优点，并能实现普通光学器件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。在国内，微光学的加工水平滞后于微光学器件的设计理论这个问题尤为突出，本文的研究工作就是在此背景下开展的。本论文以改进数字光刻分辨率和拓展数字掩模制作技术的应用为目标，从数字灰阶渐变、数字移动、数字旋转、数字分形等系列数字掩模制作技术入手，进行了深入的研究。主要研究内容和成果包括：1、针对数字灰阶掩模技术中如何精确地用多台阶去替代连续表面轮廓这个关键问题，提出了改进的数字灰阶渐变掩模技术。分析了DMD像素误差，为了减小由DMD像素误差引入的制作误差，确定了掩模特征尺寸的选取原则，并建立了根据曝光量分布计算数字灰阶渐变掩模的理论公式。数字灰阶掩模技术为精确控制轮廓面形提供了思路。2、通过深入研究单向数字移动掩模法，提出了多向数字移动掩模法，采用数字掩模的多向移动实现曝光量积累；提出了基于微切片投影的数字移动掩模法，采用多个微切片投影形成的子掩模组合单向移动实现曝光量积累。多向数字移动掩模法和微切片投影数字移动掩模法拓展了数字移动掩模技术的应用范围。3、提出了基于相位的数字旋转掩模设计法，适用于制作旋转对称相位分布的器件；提出了微切片投影数字旋转掩模设计法，适用于制作非严格对称相位分布的微光学器件。微切片投影数字旋转掩模法，为制作复杂连续浮雕微光学器件提供了思路。4、针对DMD数字掩模制作系统中投影物镜低通特性导致的光刻图形边缘模糊问题，提出了位编码数字分形掩模方法，适用于制作连续微结构。对周期扩大分形掩模方法进行改进，适用于制作离散周期结构。将改进的周期扩大分形与位编码分形相结合，用于制作某些特殊微结构。通过计算参与成像的衍射级次及能量分布，理论上说明了数字分形掩模技术能够改善光刻分辨率，开展的验证性实验也证明了数字分形掩模技术的可行性。