Debido a los crecientes requisitos de calidad de imagen de los sistemas ópticos, el método de diseño para estructuras óptico-mecánicas se ha convertido en un foco de investigación en las últimas décadas. Para mejorar el rendimiento de imagen del sistema reflectante, a menudo es necesario aumentar la apertura del espejo. Para cumplir con los requisitos de calidad de imagen y ligereza del espejo, se propone un método de optimización topológica que tiene como objetivo la minimización de la aberración de frente de onda. La relación de acoplamiento óptico-mecánico se establece mediante el trazado de rayos de la superficie del espejo deformado ajustada por bases ortogonales. El modelo de optimización topológica se establece mediante el modelo de material isotrópico sólido con penalización (SIMP). Además, se utiliza el método adjunto para analizar la sensibilidad del objetivo y las restricciones. Para ilustrar la racionalidad y efectividad del método, se han optimizado los espejos del sistema Cassegrain bajo la acción de la gravedad con el objetivo de la suma ponderada de los cuadrados de los coeficientes de aberración de frente de onda, bajo las restricciones de la masa del dominio de diseño, el desplazamiento del cuerpo rígido de la superficie del espejo y el residual del ajuste de deformación. Los resultados muestran que el método propuesto puede mejorar efectivamente el rendimiento de imagen bajo la condición de satisfacer las restricciones. Además, el método de optimización con la aberración de frente de onda como objetivo es una aplicación concreta de la idea de integración opto-mecánica, que puede mejorar el rendimiento óptico de manera más directa y efectiva.