本实用新型提供了一种基于自由曲面的大视场离轴四反光学系统，解决现有离轴四反系统存在系统体积较大、装调困难，及宽视场像散和场曲难以校正、像差平衡能力受到限制的问题。该系统包括主反射镜、次反射镜和第三反射镜；光源发出的光线依次经由主反射镜反射、次反射镜反射、第三反射镜反射、次反射镜再次反射后汇聚到焦平面上；主反射镜为扩展多项式面镜，次反射镜为偶次非球面镜，第三反射镜为二次曲面镜；主反射镜、次反射镜和第三反射镜中的至少1片面镜采用最高9次的XY多项式自由曲面，其方程式为：式中：z为曲面矢高，c为曲面顶点处曲率，k为二次曲面系数，r为径向高度；Cj为xmyn项系数；上标m和n为非负整数，分别代表x和y的阶数。