为了满足空间遥感器对光学系统大幅宽、低畸变、小体积的要求，采用三维构建法设计了一个大视场离轴四反自由曲面光学系统，成像全视场为60°，相对孔径为D/f′ = 1/14 。阐述了三维构建法的设计思路，并采用该方法直接由二次非球面系统设计得到自由曲面光学系统，作为初始结构进一步优化。优化之后，光学系统的平均传递函数优于0.5(25 lp/mm)，最大相对畸变为0.54%。研究结果表明，三维构建法有效、快捷，极大地提高了自由曲面光学系统的设计效率。同时，基于三维构建法设计的大视场自由曲面光学系统，系统畸变显著减小，解决了大视场反射式光学系统传递函数(MTF)与畸变无法平衡的难题，满足空间遥感的未来发展需求。