為了解決大視場巡天望遠鏡中大口徑透鏡支撐問題，提出了一種雙級柔性支撐結構，既可以保證透鏡位置精度和面形精度，又能夠克服鏡框結構彈性變形的影響。首先，詳細闡述了大口徑光學透鏡支撐結構設計中的難點及所提出的雙級柔性支撐結構方案，并詳述了該支撐結構克服鏡框彈性變形的機理和優勢。然后，根據雙級柔性支撐結構的組成部分以及結構特征，基于歐拉薄梁理論，推導了柔性支撐單元的結構力學模型。然后，假設透鏡為剛體，根據在不同姿態下透鏡的力平衡和柔性支撐單元的變形協調條件，推導了該柔性支撐結構的整體剛度模型，包括了軸向剛度、橫向剛度以及轉動剛度。最后，以640 mm口徑實驗透鏡為例，采用數值仿真方法分別模擬了剛性支撐、單級柔性和雙級柔性支撐情況下，鏡框彈性變形對鏡面面形精度的影響。在鏡框彈性變形非常大的情況下，雙級柔性支撐結構下的鏡面面形精度由20 nm下降到50 nm僅下降了2.5倍。此外，利用Zygo干涉儀對實驗透鏡下表面干涉檢測，最佳的面形精度為0.05 λ，達到了加工狀態，進一步驗證了所提出的雙級柔性支撐結構的優越性。