扭秤是一种高灵敏度的弱力探测工具,广泛应用于引力实验中。决定扭秤测量精度的一个重要因素是对其偏转角的测量精度。光电自准直仪作为一种高精度的微小角度测量装置,常被用于监测扭秤的偏转角。但在目前仪器的精度下,高频处扭秤的探测噪声主要受限于角度测量噪声,为了进一步提高扭秤的测量精度,作者研制了一种分辨率高达1 nrad的光电自准直仪。论文首先通过对自准直仪分辨率的理论计算,确定了系统中各部件的参数。采用多狭缝结构的物面分划板降低各种随机噪声,并选用与多狭缝的结构相匹配的线阵CCD进行探测,测量范围可以达到±7.5mrad。设计了消像差准直物镜,使边缘视场处的像差满足自准直仪系统的要求。然后利用矩阵光学的方法建立了自准直仪系统的数学模型,在此模型基础上计算了物面和像面离焦对角度测量的影响。结果表明当像面离焦时,角度测量结果与待测反射镜的位置有关,对于物镜焦距为500 mm的自准直仪,离焦量大于0.1 mm时,在500 mm的测量距离内至少会产生0.2%的误差。因此自准直仪装配时必须严格控制离焦量。在实验中针对影响自准直仪分辨率的各种噪声进行分析。通过调制实验研究了CCD接收信号强度对分辨率产生的影响,利用空气折射率模型分析了温度变化对角度分辨率的影响,通过恒温的方法增加了温度的稳定性,并在自准直仪光路中加入参考光束抑制共模噪声。在充分减小自准直仪系统中存在的各种噪声后,自准直仪样机的分辨率在10 mHz以上达到了0.008μrad/(?),积分1分钟后分辨率可以达到1 nrad。