为满足30 m望远镜(TMT)三镜系统(M3S)对质量和刚度的要求, 研究了合理分配该系统各部分刚度的方法。针对M3S的第一阶谐振频率不小于15 Hz的要求, 本文基于M3S的结构组成对模型进行适当地简化, 然后使用前期设计数据建立了四质量点弹簧-质点模型。研究了三镜支撑系统支撑刚度的组成, 使用特征值反解的方法得到了简化模型在6个广义方向上的刚度矩阵。最后,给出了系统中所有弹簧代表的刚度, 并将这一简化模型和计算结果用来指导后期的结构设计和控制设计。使用运动学仿真软件Adams对分配结果进行了验证, 验证结果显示, M3S各部分刚度配比合理, 系统的基频能够达到15.1 Hz, 满足设计要求。采用本文的刚度分配方法, 可以有效地提高系统设计的效率与合理性。

针对美国30 m望远镜(TMT)三镜系统在工作时的特殊要求，对三镜系统的Rotator组件轴承进行了设计，提出了在载荷连续变化条件下轴系的设计方法。通过分析该系统独特的运动和受力方式并对比现有大型望远镜结构形式，确定了三排滚柱支撑的轴系方案及轴承结构参数。计算中将天顶角定义为变量，确定了轴承的最恶劣工况及此时的望远镜指向。采用了数值计算和有限元仿真的方法对这一条件下的轴承变形和应力同时进行校核，两种方法得到的结果符合得很好，证明了模型的正确性。结果表明，天顶角为0°~65°时，轴承在x、y、z方向上的变形不超过0.015 mm，轴承倾角不超过1.7×10-5 rad，满足设计要求，并留有很大裕度。

为了充分了解三镜在大口径望远镜系统中体现的功能，满足口径日益增大的望远镜系统研制要求，对国内外大口径望远镜中应用的三镜系统进行技术性的调研和总结。从望远镜光学系统结构发展、口径变化、功能要求等三方面对三镜系统进行详细的技术阐述，并结合三十米望远镜(TMT)三镜系统的概念设计进行了具体的技术说明。结果表明，三镜在望远镜系统，尤其是大口径望远镜中的作用越来越突出，并且随着望远镜技术的发展，对三镜系统赋予的功能要求也越来越丰富与严格。

分析了离轴三镜系统中光学元件调整变量间的补偿关系和面形误差与调整变量间的补偿关系.调整变量中偏心变量和倾斜变量的位置失调常常会产生同种像差,存在一定的相关性.从失调像差理论出发,通过平衡偏心变量和倾斜变量产生的初级像差,得到偏心变量和倾斜变量间的补偿关系.利用Zernike多项式模拟面形误差,建立面形误差与初级像差的关系,使面形误差与调整变量联系起来.通过计算机模拟,给定光学元件一定的面形误差,然后调整光学元件的偏心、倾斜和横向位移进行补偿,发现当次镜带有1λ像散的面形误差时,补偿后系统波前误差只下降了0.01λ RMS.

本文从三级像差理论导出了三镜系统消S_Ⅰ、S_Ⅱ、S_Ⅲ、S_Ⅳ的代数解.以第二及第三镜的遮拦比和放大率,以及三个镜面的面形系数为独立参数,结出消像差条件公式.用国外发表的几个三镜系统验证这些公式,得到很好的吻合.