同轴三镜反射光学系统

同轴三镜反射光学系统的特性是光学元件的孔径中心与光轴重合，并且光学元件通常是旋转对称的。这种类型的光学系统是相对较早提出的，paul-baker型三镜反射光学系统是一个著名的例子。Paul-baker型三镜反射式光学系统由法国光学仪器制造商Maurice Paul于1935年首次提出，并由美国人James Baker于1945年独立提出。这种三镜反射光学系统由卡塞格列光学系统和具有球面的第三反射镜组成。卡塞格列光学系统由凹抛物面主镜和凸球面副镜组成。该光学系统准直并减少入射光束，该入射光束然后被具有球面的第三反射镜反射，最终在像平面上形成图像。

在paul-baker三镜反射光学系统中，孔径光阑位于次反射镜处，并且次反射镜和第三反射镜具有相同的曲率半径。结果，该系统消除了球面像差、昏迷和像散，但残留了残留的场曲。Paul-baker三镜系统可以实现约5 ° 的光学视场，弥合ritchey-chrétien光学系统之间的间隙 (可实现1 ° 左右的视场) 和施密特光学系统 (可以实现超过10 ° 的视场)。Paul-baker三镜反射光学系统的残余场曲可以通过调整第二镜和第三镜之间的轴向间距来校正。当进行这种调整时，该系统被称为Willstrop mersenne-schmidt型三镜反射光学系统。

尽管paul-baker三镜反射光学系统可以实现良好的成像质量，但像平面位于光学系统内部，并且存在由次反射镜到主反射镜和像平面到第三反射镜引起的显著的孔径阻碍。因此，paul-baker三镜反射光学系统的应用不是很广泛。该系统的典型改进应用是在大型天气巡视望远镜 (LSST) 中。在LSST中，主镜、次镜和第三镜的直径分别为8.4米、3.4米和5米。望远镜的光学系统基于paul-baker三镜反射光学系统，包括一组位于像平面前的校正透镜，形成折反射结构并实现3.5 ° 的光学视场。

1969年，Rumsey提出了一种巧妙的同轴三镜反射光学系统，如图4所示。在该光学系统中，主镜和第三镜具有几乎相同的轴向位置和曲率半径。主镜的中心孔设计用于容纳副镜，使主镜和副镜的横截面视图显示为单个镜体，类似于LSST光学系统。另外，次反射镜具有中央孔径，光在被第三反射镜反射之后穿过该中央孔径，从而在位于次反射镜后面的像平面上形成图像。

1972年，Korsch设计了一种同轴三镜反射光学系统，该系统集成了paul-baker系统和Rumsey系统的功能。在该光学系统中，光束在次反射镜和第三反射镜之间以平缓的角度传播，并且所有三个反射镜均设计有双曲面，如图5所示。由于该系统中三个反射镜的轴向位置和曲率半径不受严格约束，与Rumsey系统相比，该设计具有更高的自由度，可以在1.2 ° 的视场角范围内实现良好的成像。

除了上述典型的同轴三镜反射光学系统之外，还存在没有中间像平面的同轴三镜反射光学系统的其他配置，例如Robb三镜系统和其他Korsch三镜配置。这些系统配置类似于paul-baker三镜反射光学系统，由三个具有 “正”，“负” 和 “正” 光功率的反射镜组成。并且没有中间图像平面，使它们成为单成像系统。区别在于主镜和副镜之间的光功率分布略有变化，并且镜面通常由非球面或高阶非球面组成，这允许良好的成像质量。没有中间像平面的同轴三镜反射光学系统的缺点是它们的尺寸往往相对较大。