O sistema de imagem óptica com amplo campo de visão pode ampliar a área de observação de sensores ópticos remotos e melhorar a eficiência de detecção. Nos últimos anos, avanços significativos foram alcançados no design e fabricação de sistemas ópticos baseados em superfícies livres, proporcionando a possibilidade de projetar sistemas de reflexão fora do eixo com amplo campo de visão, grande abertura relativa, alta resolução, alta qualidade de imagem e sem obstrução. Primeiramente, foram analisadas as características das aberrações do sistema refletivo fora do eixo com amplo campo de visão, apontando que ao aumentar continuamente o ângulo do campo do sistema, especialmente o ângulo do campo na direção meridiana, as aberrações de alta ordem assimétricas relacionadas ao campo aumentam drasticamente; a continuidade do campo da imagem é mais destacada. Em seguida, foi proposto um método de design para sistemas ópticos fora do eixo de grande distância focal e amplo campo bidimensionais: com base na estrutura inicial do sistema óptico convencional, utilizando formas estruturais múltiplas, o ângulo do campo na direção meridiana é discretizado, a superfície específica do sistema óptico é dividida em duas sub-superfícies; e são construídas condições de restrição do sistema, restringindo as dimensões do sistema e otimizando a forma estrutural do sistema para completar o design otimizado. Por fim, com base no método proposto, foi projetado um sistema óptico refletivo fora do eixo de quatro superfícies livres com distância focal de 1.000 mm, número F da imagem 10 e ângulo de campo de 40°×16°. Os resultados do projeto mostram que a qualidade da imagem é boa em todo o campo visual, e na frequência característica de 50 lp/mm, a função de transferência de modulação óptica na faixa visível de 400~750 nm é superior a 0,26, comprovando a efetividade do método.

Design óptico; sistema reflexivo fora do eixo; superfície livre; amplo campo bidimensional; decomposição de superfície