大视场离轴反射光学系统可以获取丰富的信息资源,是未来空间光学系统的发展趋势。自由曲面在离轴反射光学系统中的应用可以增大系统视场,但大视场自由曲面离轴反射光学系统初始结构较少,优化过程复杂,设计难度大。提出了一种大视场自由曲面离轴反射光学系统设计方法,首先基于矢量像差理论与费马原理直接获得成像质量较好的无遮拦自由曲面初始系统,再对其进行简单优化即可得到最终的大视场自由曲面光学系统。该方法可以降低大视场自由曲面离轴反射光学系统的设计难度。设计了一个大视场自由曲面离轴三反光学系统,光学系统视场为30°

大口径反射镜是空间对地高分辨率光学遥感器的核心元件，其加工和检测水平是一个国家光学制造能力的重要体现。伴随着光学设计理念的不断更新，反射镜的表面形状经历了球面、非球面、非球面的子孔径及自由曲面的优化过程。自由曲面有充足的设计自由度，基于自由曲面的离轴三反光学系统可使光学载荷获得更大的成像视场，避免采用多台相机拼接视场带来的制造成本和发射成本的增加，还可提升遥感器系统像差平衡能力，大幅改善成像质量。自由曲面光学系统虽已成为下一代高性能空间遥感器的发展方向，但由于光学自由曲面面形非常复杂、精度要求极