根据空间红外相机的研究进展和技术现状，总结得出了红外相机的发展趋势是高分辨率、高灵敏度和大视场。针对大视场光学技术的研究主题，设计实现了9.6°的施密特系统（折反射），106°的像旋扫描光学系统（折射式），50°×50°的离轴反射系统（反射式）。以上述三个大视场光学系统为研究对象，主要完成了：（1）针对大视场折反射空间红外光学系统的研制，设计了视场9.8°，通光口径280mm，焦距560mm的施密特光学系统，并实现了在-10~+40℃温度范围内的无热化设计。建立了施密特系统的光机模型，对173~313K的施密特系统进行了杂散辐射仿真，确定了杂散辐射的分布和量级，证明了杂散辐射抑制措施的有效性。采用参数化有限元建模的方法，对口径430mm的球面反射镜进行轻量化设计，质量减轻了21%，实际质量12.7kg。将波前编码技术应用于施密特系统的设计，得到了焦深扩展6倍的结果，实现了在-60~+60℃温度范围内的无热化设计。总结了4种公差优化方法，对施密特系统进行了公差优化设计，证明了基于公差优化操作数和入射角度最小化方法两种方法的有效性和实用性。（2）针对大视场折射式红外相机的光学技术研究，总结了现有的光机扫描技术，分析了中分辨率天基大视场红外系统可行的技术途径。设计实现了视场106°，焦距120mm，有效通光口径50mm的像旋扫描光学系统。建立了平行平板及对应的折叠棱镜模型，比较两者在无像差光束中的Seidel系数，确定了像旋棱镜的像差特性。在光学设计软件中建立了别汉棱镜的序列光线追迹模拟，采用自定义评价函数，对像旋棱镜的角度、距离和表面质量参数进行了公差分析。将衍射光学元件应用于大视场扫描光学系统的改进设计，实现了消色差和消热差的效果，并解决了衍射光学元件的量化问题。（3）针对大视场全反射光学系统的研究，采用一个Zernike自由曲面，设计实现了视场50°×50°，焦距80mm，有效通光孔径20mm的离轴反射系统。分析了离轴反射系统在长波波段的杂散辐射特性，通过9种遮光罩温度控制方案的对比，确定了不同位置的遮光罩和不同温度对杂散辐射的影响程度，靠近像面的遮光罩对杂散辐射的贡献最多。针对离轴反射系统的装调难题，提出了基于代理模型的计算机辅助装调方法。分析了灵敏度矩阵方法存在的局限性，阐述了代理模型进行辅助装调的原理和实现。用一个离轴反射系统的装调实例，证明了代理模型方法的有效性和实用性。论文的创新点有：（1）将波前编码技术应用于施密特系统的设计。用三次位相的波前编码表面将施密特系统的焦深扩展了6倍，实现了系统在-60~+60℃内的消热差设计。（2）将谐衍射光学元件应用于大视场像旋扫描系统的光学设计，使光学系统实现了消热差和消色差的良好效果，解决了衍射光学的相位量化问题。（3）采用一个基于Zernike多项式的自由曲面，设计实现了相对孔径1/4的离轴反射光学系统，在视场角50°×50°内可获得接近衍射极限的成像质量。（4）提出了基于代理模型的计算机辅助装调方法。使用代理模型进行辅助装调是解决光学系统失调量求解非线性的有效方法，可以实现失调量的准确快速求解。