JSJ系列水准仪综合检验仪是精度高、功能完善的计量标准仪器，满足了国家相关检定规程中对水准仪各项指标检定的需求。该检验仪能自动给出标准偏差σ≤0.5″的准水平线，自平准线主机常被用于建立国家水平准线基准。其主机部分的自平准线系统采用的平面外调焦结构，保证了其精度高，稳定性好的特点。物镜后主点与分划板十字丝中心胶合结构保证了其光轴的长期稳定，但由于该结构固有的遮拦，也导致在检定垂准仪，对中器等小口径物镜仪器时视场图像对比度低，观测效果不理想，当被检仪器物镜口径Φ＜20mm时则无法工作。本文主要针对现有JSJ系列水准仪综合检验仪结构，从主物镜部分着手解决该自平准线系统存在的遮拦问题。考虑到该结构及其平面外调焦机制，无法采用棱镜或偏轴结构，作者最终试图通过光瞳的离轴完成系统的改造。离轴系统的设计一般是在同轴系统具备良好性能的基础上进一步计算，文中首先对初级像差理论、现代光学设计方法等进行了总结，通过复消色差镜头的实际设计过程说明了在可见光波段设计结果的口径远不能达到进一步离轴化的要求。结合对常见反射式平行光管像差特性的分析，指出单一波段下，从校正轴外像差的角度，双分离结构理论上比单片反射式结构有更高的自由度。另一方面，为了保证原有结构的布局不做过多改变，也希望能够采用透射型式，同时基于易于装调的考虑，后面主要内容是对双分离结构设计结果的分析。文中讨论了离轴系统像质评价的方法，基于ZEMAX平台的三种设计结果显示，在无穷远目标达到衍射极限的设计结果一，只能在8m以外保证成像质量，而牺牲无穷远目标像质来补偿5m目标像质的设计结果三，不能保证后截距的要求。本文还进一步设计了一种三片型结构，可满足外围结构要求并能保证5m以外目标的像质。全文结合系统外围的要求对整个设计过程做了大量分析，指出如果要完全满足系统检定2m~∞调焦运行误差的需求，仅采用常规元件，还需将系统进一步复杂化，将导致装调上很难实现。文章最后进一步对具有更高自由度的自由曲面进行了研究，对其优点及设计特点做了阐述，最终选定离散定义法成像设计这一方向做了部分工作。该类解析算法多见于照明设计中，作者指出了该类方法与成像设计之间的联系，但由于有效技术资料的缺乏及工作时间有限，实际建模过程中作了大量简化。最后给出了基于MATLAB平台的计算结果。