离轴三反消象散系统具有长焦距、大视场、宽波段等优点,因而被广泛地应用于空间光学遥感器中。随着空间技术的发展,高分辨率、宽覆盖已成为空间相机的一大发展趋势,使得相机的口径和质量不断增大。与此同时,轻小型遥感卫星对空间星载仪器的重量和性能提出了更高的要求,致使空间相机,特别是大口径离轴相机的轻型优化设计面临重大挑战。本文根据空间相机的光机结构特点,针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间离轴相机光机结构进行了轻型优化设计。首先,从反射镜材料、支撑形式,相机光机结构形式等方面简要介绍了国内外空间相机的发展概况及趋势,并介绍了光机结构优化设计中两种常用的优化方法和技术,拓扑优化方法和集成优化技术。进一步阐明了本课题研究的主要内容和意义。其次,对相机中的主、次、三镜进行了轻量化设计。对空间反射镜提出背部中心支撑方式,通过对相机中的各反射镜采用该种支撑方式,既降低了支撑结构的设计难度,又减小了反射镜组件的总重量。利用集成优化技术对反射镜进行优化,在减小镜体质量的同时进一步提高了反射镜的面形精度。对反射镜组件的动、静力学性能进行仿真分析,以检验设计结果的可靠性,结果表明各反射镜组件的动、静力学性能均满足设计要求。然后,对相机主支撑结构进行轻型优化设计。采用拓扑优化方法对主支撑结构中的大质量部件后基板进行轻量化设计,以减小支撑结构的质量。对桁架系统利用集成优化技术进行优化,通过对桁架杆进行布局优化和截面优化,提高了桁架系统的动、静态刚度。对整机模型进行动、静力学仿真,以检验主支撑结构的可靠性,结果表明结构的动、静态刚度满足设计要求。最后,以Ф500mm口径的Si C圆形反射镜为例,研究了空间反射镜背部中心支撑特性,分析了反射镜及支撑结构的主要结构参数对反射镜性能的影响,为空间反射镜背部中心支撑的设计研究提供思路和参考。