离轴三反反射式光学系统

1，Schiefspiegler光学系统

同轴反射光学系统会受到孔径阻碍的影响，这会影响光学系统的聚光能力和衍射分辨率。当视场较大时，这种现象特别明显。另一方面，离轴反射光学系统没有孔径阻碍，因此对于相同的光学孔径具有更高的光能利用率，从而更容易实现更高的成像质量。离轴反射光学系统的历史可以追溯到1616年，当时Zucchi提出了前视望远镜方案。Zucchi以一定角度放置了一个凹面铜镜，作为望远镜的物镜。青铜镜反射的光束直接耦合到具有负光焦度的折射伽利略目镜，形成了视觉天文望远镜系统。为了避免观察者的头部遮挡青铜镜，该望远镜需要使用离轴视场进行观察。鉴于当时的设计和制造条件，铜镜不仅缺乏详细的表面参数设计，而且表面精度低，但也不具备在反射镜基板上涂覆高反射率膜的技术能力。因此，不可能实现良好的成像质量。

为了消除卡塞格恩系统中的中央障碍物，安东·库特在1953年发表了一篇关于使用两个倾斜反射镜的文章。在这种双反射镜光学系统中，主镜和副镜以特定角度倾斜，以消除由主镜上的副镜引起的孔径障碍。

Kutter在他的文章中介绍了德语单词 “Schiefspiegler”，意思是 “倾斜的镜子”。从那时起，这个术语就成为这种无遮挡光学系统的代表性通用术语。随后，出现了各种形式的Schiefspiegler两镜和三镜系统。图14所示的buchroederschiefspiegler三镜系统和图15所示的Solano Schiefspiegler三镜系统是Schiefspiegler三镜系统的两个示例。

然而，由于反射镜的倾斜将大量的昏迷和像散引入到光学系统中，Schiefspiegler型光学系统仅在相对孔径低于1:20时实现令人满意的成像质量。这种局限性限制了Schiefspiegler光学系统的推广和应用。

离轴TMA光学系统

目前，离轴三反射镜光学系统 (TMA) 是应用较为广泛的一种离轴反射式光学系统。与Schiefspiegler系统不同，在离轴TMA系统中，三个反射表面的父反射镜沿着用作系统的光轴的单个轴对准。三个反射表面是它们各自的父反射镜的子孔径区域。因此，离轴TMA反射光学系统是同轴TMA反射光学系统的偏移子部分。从这个角度来看，可以理解从同轴TMA系统结构到离轴TMA系统结构的转换过程。下面举例说明两种常用的结构形式。

第一种类型是场偏移离轴TMA光学系统。该系统是通过偏移基于同轴TMA光学系统的视场而形成的。普通类型使用次反射镜作为孔径光阑，并且主反射镜和第三反射镜也可以同时偏移。

第二种类型是孔径偏移离轴TMA光学系统。该系统是通过基于同轴TMA光学系统偏移孔径而形成的。常见的类型使用主镜作为孔径光阑，并且光学系统的视场也可以同时偏移。离轴TMA光学系统中的反射表面通常是圆锥截面或高阶非球面。随着光学技术的进步，自由曲面也逐渐得到应用，具有广阔的应用前景。随着成像视场的增大，光学系统需要o不仅解决初级三个单色像差的校正，而且解决平场的设计。因此，在离轴TMA光学系统中，至少一个反射镜必须具有负光焦度以校正场曲率。Korsch总结了可以实现平场设计的10种类型的离轴TMA光学系统结构，如图17所示。本文稍后介绍的一些光学系统也属于这些结构类型。

从图中可以看出，与同轴三镜反射光学系统类似，离轴TMA光学系统也可以大致分为两类: 没有中间图像平面的系统，即单成像离轴TMA光学系统，以及具有中间图像平面的系统，即，双成像离轴TMA光学系统。这两种类型的离轴TMA光学系统的结构形式非常不同。Cook在该领域申请了许多专利，并且已经看到了相当大的应用，因此许多离轴TMA光学系统也被称为Cook型光学系统。