近年来，自由曲面在高性能离轴反射成像系统中应用越来越广泛。文中基于矢量像差理论和遗传算法求解初始结构，采用视场离轴和孔径离轴相结合的方式，利用 XY 多项式描述的自由曲面增大自由度校正离轴像差，设计了一个大视场大相对孔径的制冷型离轴反射光学系统。系统工作波段为长波红外 8~12 μm，焦距 400 mm，F 数为 2，视场角为 ,平均 RMS 波像差为 0.037 054λ(λ=9 μm)。探测器冷光阑和光学系统出瞳相匹配，实现 100% 冷光阑效率，系统能量集中度较高，成像质量良好。