突破传统光学成像系统设计理论和方法，将自由曲面引入光学成像系统中，极大地提高了系统的成像质量和能量的传输效率;采用先进数控超精密制造技术加工自由曲面光学元件，解决了自由曲面光学元件加工的技术瓶颈。开发了自由曲面控制网格的节点矢量的精确计算方法，以及多轴超精密数控加工光学自由曲面的自动编程及其刀具轨迹仿真系统， 建立了自由曲面三维拓扑预测模型与优化系统，研发了多个自由曲面测量及评估方法，并搭建了自由曲面光学设计、加工、测试一体化的集成平台。上述核心技术有助解决国际上对复杂自由曲面光学元件在超精密加工及纳米级表面测量中的关键技术难题。