三镜反射式光学系统综述.docx资源-CSDN文库

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0. 引　言

反射式光学系统已有 400 多年的发展历史，其具有无色差、环境适应性好、可实现大

口径等光学性能优势，在现代光学仪器装备上有着越来越广泛的应用。反射式光学系统结

构形式简洁，发展延续性强，几百年来光学构型衍生路线相对清晰，具有更强的设计理论

研究性。得益于计算机性能、光学制造能力与光学测试技术的不断提升，反射式光学系统

在 20 世纪至今的 100 多年时间里发展迅速，成果瞩目。

从 17 世纪至 20 世纪初，反射式光学系统经历了以 Newton 系统为代表的单镜反射式

光学系统和以 Cassegrain 系统、Ritchey-Chrétien 系统为代表的两镜反射式光学系统的两大

阶段，反射镜数量的增加与面型方程的非球面化使反射式光学系统的像差校正能力不断增

强，但两镜反射式光学系统仅能较好地校正球差和彗差，限制了光学视场的进一步增大。

1905 年，Schwarzschild 在论文中证明，不具有可以同时校正球差、彗差、像散和场曲四个

赛德尔像差的实用性强的两镜反射式光学系统，拥有第三个具有光焦度的反射镜的反射式

光学系统，可以在不同反射镜组合下消除所有三阶像差，而后至今的 100 多年里，各种结

构形式的三镜反射式光学系统不断被研究者提出，也衍生出丰富的构型，反射式光学系统

进入了三镜结构的黄金发展时代。

文中以三镜反射式成像光学系统的发展为主要路线，介绍了较为典型的同轴三镜反射

式光学系统、两轴三镜反射式光学系统、离轴三镜反射式光学系统与无焦三镜反射式光学

系统，简要讨论了他们各自的结构特点、结构关联、光学特性以及公开可查的典型应用情

况，为光学设计人员的交流提供一定的设计参考。

1. 同轴三镜反射式光学系统

同轴三镜反射式光学系统的特征是光学元件口径中心与光轴重合，光学元件基本为旋

转对称型，该类型光学系统提出的时间较早，较具有代表性的为 Paul Baker 型三镜反射式

光学系统。

Paul Baker 型三镜反射式光学系统于 1935 年由法国光学仪器制造商 Maurice Paul 提

出，并于 1945 年被美国人 James Baker 重新独立提出。该三镜反射式光学系统由

Cassegrain 型无焦光学系统和一个具有球面面型的三镜组成

[1]

。Cassegrain 无焦光学系统由

凹面抛物面主镜和凸面球次镜组成，无焦光学系统将入射光束准直缩束输出，光线经过具

有球面面型的三镜反射，最终成像在像面，如图 1 所示。

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