曲面3D微结构有着紧凑的结构、独特的色散性能以及灵活的设计自由度等优点,已经逐渐发展成为现代工业及国防科技领域重要的基础器件。目前国内外已有的曲面3D微结构制作技术以逐点加工为主,生产成本高、周期长、效率低,严重制约了其工业化应用。本文基于数字掩模投影光刻技术,以利用平面数字掩模在平面基底上投影光成型曲面3D微结构为关键突破点,深入研究了制作深度、曝光剂量及数字掩模间的映射关系,提出了一种以制作高度可编程控制的二维小方柱阵列近似表达曲面3D微结构轮廓的方法,即曲面3D微结构数字掩模光成型方法。与既有制作方法相比,该方法是一种低成本、短周期,高效率的数字化快速面成型方法,可广泛应用于现代化微纳加工领域。主要研究内容和成果包括:1、首次提出了曲面3D微结构数字掩模光成型方法。该方法充分利用SLM对曝光剂量的数字化离散调制,以投影光刻的方式,在平面基底上曝光经SLM调制的二维方柱形曝光剂量阵列。并针对曲面3D微结构轮廓不能通过单一坐标系精确表达的难题,有针对性的提出了迭代优化设计算法与逐点优化设计算法,以适用于曲面3D微结构的数字掩模优化设计。2、针对单灰阶数字掩模制作曲面3D微结构的曲率受限性,提出了一种曲面3D微结构多灰阶数字掩模光成型方法。该方法以多幅数字掩模叠加曝光的方式,突破数字掩模可用于曝光剂量调制的灰度级数上限,进一步实现数字掩模光成型的制作曲率突破。研究了三种曲面3D微结构几何结构拆分方法,并提出了与几何结构拆分方法相对应的数字掩模设计算法。3、针对数字掩模光成型系统的制作面积受限性,提出了曲面3D微结构数字掩模曲面拼接光成型方法。该方法利用多幅数字掩模水平拼接,并通过严格控制各掩模衔接处的灰度,使得拼接处的曲率变化符合曲面结构的整体曲率变化规律,并提出了相应的曲面拼接数字掩模设计算法。4、针对曲面3D微结构数字掩模光成型技术的横、纵向制作分辨受限性,提出了数字掩模曲面移动光成型方法,该方法有机的结合静、动两种数字掩模曝光形式,拓展了其制作适用范围,分两类移动方式研究了数字掩模曲面移动光成型掩模生成算法;提出了数字掩模曲面分形光成型方法,该方法将有周期结构的曲面3D微结构按其周期排形式抽样扩大周期拆分为多个分曲面3D微结构,有效的降低了数字掩模的空间频率,减小精缩透镜的低通特性对制作精度的影响,分两类分形方式研究了数字掩模曲面分形光成型数字掩模生成算法。