某光学仪器中的大口径主反射镜，由于机动性强、口径大，为满足镜面面形要求和结构刚度，应合理选择支撑方式，优化支撑结构；并尽可能减少其重量以改善动力学特性。因此其轻量化结构优化设计非常关键。　　 在主镜轻量化结构中，其材料、支撑方式、支撑位置、轻量化形式及结构尺寸等是影响主镜面形误差和机械性能的重要因素。通过对传统主反射镜轻量化设计方法的研究，揭示了其存在的问题：如何确定主反射镜的最佳背部支撑位置分布及最佳轻量化结构拓扑形式。　　 提出了一种确定主反射镜最佳背部支撑位置的优化计算方法。利用ANSYS软件中的APDL语言建立了主反射镜的参数化模型，根据有限元法，以主反射镜光轴竖直时自重作用下的镜面最大变形量为目标函数，相同约束条件下一阶自振频率为约束条件，对背部支撑点位置相关参数和中心镜厚进行优化分析，得到了满足镜面面形误差要求的最佳背部支撑位置及中心镜厚。　　 依据优化的最佳支撑位置，将拓扑优化设计方法应用到大口径主反射镜轻量化设计中。采用变密度法建立连续体结构拓扑优化数学模型，利用OPTISTRUCT优化软件，以主反射镜光轴竖直时自重作用下的镜面变形与第一阶自然频率作为约束，将主反射镜体积最小作为目标函数进行连续体拓扑优化。依据优化的拓扑结构形式，结合结构力学及灵敏度分析得到了满足镜面面形、结构刚度及轻量化率要求的主反射镜轻量化结构，且性能优于传统的轻量化主反射镜。　　 本文成功将参数优化、拓扑优化方法应用到主反射镜轻量化结构设计中，该方法打破传统主反射镜结构设计思路，对主反射镜轻量化设计有一定的参考价值。